共焦掃描顯微技術(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。 我們在VirtualLab Fusion中建立了一個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試物體來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
我們在VirtualLab Fusion中建立了一個共焦掃描顯微鏡，使用金屬光柵作為測試物體來演示顯微鏡的工作原理。
光學(xué)系統(tǒng)中光柵的建模–實例討論
在典型示例的幫助下，我們解釋了如何在系統(tǒng)內(nèi)對光柵建模，并討論了諸如光柵對準(zhǔn)，光柵級次選擇和角度響應(yīng)設(shè)置之類的主題。
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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，來設(shè)計一個共焦熒光顯微鏡。這個光學(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、鏡筒透鏡和探測器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評價函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個序列模式系統(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)計分為：從激光光源到顯微物鏡，和從顯微物鏡到探測器兩部分。本文提供了一個在 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，編號為 K_007。如果需要了解 ZEBASE 鏡頭庫可以聯(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、鏡筒透鏡和一個探測器組成。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器接收的熒光，為了展示第二個針孔的作用，圖中還另外繪制了細(xì)紅線光束。第一個針孔放在聚焦透鏡和準(zhǔn)直透鏡之間，第二個針孔放在鏡頭透鏡之后、探測器之前。兩個針孔位置共軛，整個光學(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)計激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)
我們需先在序列模式中設(shè)計激光聚焦準(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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人類通過科學(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，來設(shè)計一個共焦熒光顯微鏡。這個光學(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、鏡筒透鏡和探測器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評價函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個序列模式系統(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，來設(shè)計一個共焦熒光顯微鏡。這個光學(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、鏡筒透鏡和探測器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評價函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個序列模式系統(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)計分為：從激光光源到顯微物鏡，和從顯微物鏡到探測器兩部分。本文提供了一個在 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，編號為 K_007。如果需要了解 ZEBASE 鏡頭庫可以聯(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、鏡筒透鏡和一個探測器組成。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器接收的熒光，為了展示第二個針孔的作用，圖中還另外繪制了細(xì)紅線光束。第一個針孔放在聚焦透鏡和準(zhǔn)直透鏡之間，第二個針孔放在鏡頭透鏡之后、探測器之前。兩個針孔位置共軛，整個光學(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)計激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)
我們需先在序列模式中設(shè)計激光聚焦準(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 
微觀特征輪廓尺寸測量：光學(xué)3D輪廓儀、共焦顯微鏡與臺階儀的應(yīng)用
隨著科技進步，顯微測量儀器以滿足日益增長的微觀尺寸測量需求而不斷發(fā)展進步。多種高精度測量儀器被用于微觀尺寸的測量，其中包括光學(xué)3D表面輪廓儀（白光干涉儀）、共聚焦顯微鏡和臺階儀。有效評估材料表面的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，從而指導(dǎo)生產(chǎn)過程、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行非接觸式測量的高精度儀器。它通過分析反射光的干涉模式來重建表面的三維形貌。
非接觸無損測量，超高縱向分辨率，測量從光滑到粗糙等各種精細(xì)器件表面。測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，同時在航空航天、國防工業(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域也存在普遍使用。它能以優(yōu)于納米級的分辨率，測試各類表面并自動聚焦測量工件獲取2D，3D表面粗糙度、輪廓等一百余項參數(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微觀形貌檢測的精密光學(xué)儀器。
非接觸式無損檢測方式，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大角度形貌測量能力，優(yōu)異的橫向分辨率，低反射率表面的適應(yīng)性強。
展開 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，是用于對各種精密器件及材料表面進行微納米級測量的檢測儀器。
材料科學(xué)的目標(biāo)是研究材料表面結(jié)構(gòu)對于其表面特性的影響。因此，高分辨率分析表面形貌對確定表面粗糙度、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)能夠測量各種表面反射特性的材料并獲得有效的測量數(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，可以對器件表面進行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，實現(xiàn)器件表面形貌3D測量。在材料生產(chǎn)檢測領(lǐng)域中能對各種產(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、臺階高度、彎曲變形情況、加工情況等表面形貌特征進行測量和分析。
應(yīng)用
1.MEMS
微米和亞微米級部件的尺寸測量，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.精密機械部件，電子器件
微米和亞微米級部件的尺寸測量，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，臺階深度等測量。
4.摩擦學(xué)，腐蝕等表面工程
磨痕的體積測量，粗糙度測量，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量技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用
展開 共聚焦掃描顯微鏡的工作原理
摘要
共聚焦掃描顯微技術(shù)在1950年代由ML Minsky發(fā)明并獲得專利，后來以激光作為光源，現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。通過使用空間針孔來阻擋離焦平面散射或反射的光， 促進提高縱向分辨率和對比度。 在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中構(gòu)建了一個共焦掃描顯微鏡，并使用具有變化的脊和槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
2. 建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，并且探測功率隨目標(biāo)橫向位移產(chǎn)生的變化？
3. 聚焦區(qū)域的探測場
4. 來自測試對象的直接反射
5. 待測目標(biāo)成的像
6. 功率測量VS待測目標(biāo)的橫向偏移
7. 走進VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 使用界面構(gòu)造光柵結(jié)構(gòu)- 使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)[用例]
? 復(fù)雜系統(tǒng)中的光柵建模- 光學(xué)系統(tǒng)中光柵的建模–實例討論[用例]
? 正確設(shè)置通道以進行多通道仿真
- 曲面和光柵區(qū)域的通道配置[用例]
? ?使用參數(shù)運行檢查影響/更改
- 參數(shù)運行文檔的使用[用例]
9.
展開 VirtualLab：共聚焦掃描顯微鏡的工作原理
摘要
共聚焦掃描顯微鏡在 1950 年代由 M. L. Minsky 發(fā)明并獲得專利，后來又以采用激光作為光源的新穎性獲得了廣泛的應(yīng)用。通過使用空間針孔來阻擋從焦平面外散射或反射的光，有助于提高縱向分辨率和對比度。在本例中，我們在VirtualLab Fusion 中構(gòu)建了一個共聚焦掃描顯微鏡，并使用具有交替脊和凹槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，它如何檢測物體橫向位移導(dǎo)致的功率變化？
焦點區(qū)域的探測場
測試對象的直接反射
測試對象的直接反射
測試對象的像
測試對象的像
功率測量與測試對象的橫向偏移
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摘要
共聚焦掃描顯微鏡在 1950 年代由 M. L. Minsky 發(fā)明并獲得專利，后來又以采用激光作為光源的新穎性獲得了廣泛的應(yīng)用。通過使用空間針孔來阻擋從焦平面外散射或反射的光，有助于提高縱向分辨率和對比度。在本例中，我們在VirtualLab Fusion 中構(gòu)建了一個共聚焦掃描顯微鏡，并使用具有交替脊和凹槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，它如何檢測物體橫向位移導(dǎo)致的功率變化？
焦點區(qū)域的探測場
測試對象的直接反射
測試對象的直接反射
測試對象的像
測試對象的像
功率測量與測試對象的橫向偏移
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摘要
共聚焦掃描顯微技術(shù)在1950年代由ML Minsky發(fā)明并獲得專利，后來以激光作為光源，現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。通過使用空間針孔來阻擋離焦平面散射或反射的光， 促進提高縱向分辨率和對比度。 在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中構(gòu)建了一個共焦掃描顯微鏡，并使用具有變化的脊和槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
2. 建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，并且探測功率隨目標(biāo)橫向位移產(chǎn)生的變化？
3. 聚焦區(qū)域的探測場
4. 來自測試對象的直接反射
5. 待測目標(biāo)成的像
6. 功率測量VS待測目標(biāo)的橫向偏移
7. 走進VirtualLab Fusion
8. VirtualLab Fusion中的工作流程
? 使用界面構(gòu)造光柵結(jié)構(gòu)
- 使用界面配置光柵結(jié)構(gòu)[用例]
? 復(fù)雜系統(tǒng)中的光柵建模
- 光學(xué)系統(tǒng)中光柵的建模–實例討論[用例]
? 正確設(shè)置通道以進行多通道仿真
- 曲面和光柵區(qū)域的通道配置[用例]
? ?使用參數(shù)運行檢查影響/更改
- 參數(shù)運行文檔的使用[用例]
9.
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摘要
共聚焦掃描顯微鏡在 1950 年代由 M. L. Minsky 發(fā)明并獲得專利，后來又以采用激光作為光源的新穎性獲得了廣泛的應(yīng)用。 通過使用空間針孔來阻擋從焦平面外散射或反射的光，有助于提高縱向分辨率和對比度。 在本例中，我們在VirtualLab Fusion 中構(gòu)建了一個共聚焦掃描顯微鏡，并使用具有交替脊和凹槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，它如何檢測物體橫向位移導(dǎo)致的功率變化？
焦點區(qū)域的探測場
測試對象的直接反射
測試對象的直接反射
測試對象的像
測試對象的像
功率測量與測試對象的橫向偏移
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共聚焦掃描顯微鏡的工作原理
摘要
共聚焦掃描顯微技術(shù)在1950年代由ML Minsky發(fā)明并獲得專利，后來以激光作為光源，現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。通過使用空間針孔來阻擋離焦平面散射或反射的光， 促進提高縱向分辨率和對比度。 在此示例中，我們在VirtualLab Fusion中構(gòu)建了一個共焦掃描顯微鏡，并使用具有變化的脊和槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
共聚焦掃描顯微鏡的工作原理
建模任務(wù)
共聚焦掃描顯微鏡是如何工作的，它如何檢測物體橫向位移導(dǎo)致的功率變化？
共聚焦掃描顯微鏡在 1950 年代由 M. L. Minsky 發(fā)明并獲得專利，后來又以采用激光作為光源的新穎性獲得了廣泛的應(yīng)用。 通過使用空間針孔來阻擋從焦平面外散射或反射的光，有助于提高縱向分辨率和對比度。 在本例中，我們在VirtualLab Fusion 中構(gòu)建了一個共聚焦掃描顯微鏡，并使用具有交替脊和凹槽的金屬光柵作為測試對象來演示其工作原理。
激光掃描共聚焦顯微鏡在材料領(lǐng)域解讀表面粗糙度
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，激光掃描共聚焦顯微鏡將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，推動材料科學(xué)的進步和創(chuàng)新。
激光共聚焦顯微鏡測量技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用
共焦技術(shù)能夠測量各種表面反射特性的材料并獲得有效的測量數(shù)據(jù)。
以共聚焦技術(shù)為原理的共聚焦顯微鏡，是用于對各種精密器件及材料表面進行微納米級測量的檢測儀器。在汽車工業(yè)中，非接觸式共聚焦測量技術(shù)精確地確定了氣缸運行缸孔表面、凸輪軸、連桿、涂層或金屬板在實驗室或生產(chǎn)過程中的表面結(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化檢測。如果軟件判定測量結(jié)果為不良，則需要重新焊接和檢測。通過這種方式，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波長范圍內(nèi)的幅值。通過這些數(shù)據(jù)可以評估材料和制造條件的影響。一某個區(qū)域剖面的測量結(jié)果可以與汽車模型的設(shè)定值進行比較。
3、墊圈
激光共聚焦顯微鏡的測量速度比接觸式測量快數(shù)百倍。此外，共聚焦顯微系統(tǒng)以更高的精度對亞微米范圍的結(jié)構(gòu)進行非接觸式測量。在短短幾分鐘內(nèi)，不僅可以測量整個面板表面密封件的性能，還可以測量其與表面組成相關(guān)的各種數(shù)據(jù)點。
4、金屬板
通過軋制形成的油穴不僅可以用于儲油而且能夠改善金屬板成型性能。經(jīng)過實踐檢驗的相關(guān)分析工具同樣適用于評估這些重要的功能性三維結(jié)構(gòu)。除粗糙度評價標(biāo)準(zhǔn)外，還可以計算和評估表面封閉區(qū)域的微體積。應(yīng)用拼接功能可以將測量范圍擴大到幾個毫米。
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，可以對器件表面進行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，實現(xiàn)器件表面形貌3D測量。
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