Was ist ein konfokales Mikroskop?｜Über konfokale Mikroskope | Lasertec Corporation

Konfokale Mikroskope haben eine überlegene Auflösung – viel höher als herkömmliche optische Mikroskope – und werden hauptsächlich in Messanwendungen eingesetzt. Konfokale Mikroskope können je nach der Art der Beleuchtung, die für die Bildgebung verwendet wird, entweder als Reflexions- oder als Transmissionsmikroskope kategorisiert werden. Die meisten konfokalen Mikroskope, die in industriellen Anwendungen eingesetzt werden, sind vom Typ Reflexion. Sie liefern ein hochauflösendes Bild, bei dem alle Bereiche im gesamten Sichtfeld scharf abgebildet werden, selbst bei einer Probe mit Dellen und Erhebungen auf der Oberfläche. Sie ermöglichen die berührungslose, zerstörungsfreie Vermessung von dreidimensionalen Formen.

Mikroskope, die einen Laser als Lichtquelle verwenden, werden als Lasermikroskope*1 bezeichnet. Sie gehören ebenfalls zu den konfokalen Mikroskopen. Da sie ein zweidimensionales Bild durch das Scannen von punkt- oder linienförmigen Lichtstrahlen in XY-Richtung erfassen, sind sie auch eine Art von Rastermikroskop wie das Rasterelektronenmikroskop (REM) und das Rastersondenmikroskop (SPM).

Im Allgemeinen hängt die Leistung eines optischen Mikroskops stark von der Wellenlänge des verwendeten Lichts und der numerischen Apertur (NA) des Objektivs ab. Egal wie klein die Wellenlänge wird, wenn man die NA nicht erhöht, kann man keine höhere Auflösung erzielen. Um feine Muster zu beobachten, benötigen Sie ein Objektiv mit hoher NA und hoher Vergrößerung. Wenn Sie jedoch ein hoch-NA-Objektiv mit hoher Vergrößerung für die Beobachtung einer schrägen oder rauen Oberfläche verwenden, ist es nicht möglich, an jedem Punkt des Sichtfelds scharf zu stellen. Das liegt daran, dass die Schärfentiefe mit zunehmender NA immer geringer wird. Es besteht ein Kompromiss zwischen Auflösung und Schärfentiefe. Man kann nicht beides gleichzeitig bekommen.

Dieses Dilemma kann jedoch gelöst werden, wenn man ein konfokales Mikroskop verwendet. Wie ist das möglich? Die Antwort liegt in der konfokalen Optik des Mikroskops.

Hochauflösendes Bild

Die konfokale Optik bietet eine einzigartige Eigenschaft, die bei herkömmlichen Mikroskopen nicht vorhanden ist. Auf einem Bild, das mit einer konfokalen Optik aufgenommen wurde, werden Bereiche im Fokus hervorgehoben. Dies wird als optische Schnittdarstellung bezeichnet. An den hervorgehobenen Ausschnitten gibt es keine Störung durch unerwünschtes Streulicht aus unscharfen Bereichen. Sie erhalten daher ein kontrastreiches, hochauflösendes Bild. Wenn Sie einen Z-Scan*2 durchführen und die hochauflösenden Bilder aller hervorgehobenen Bereiche einfügen, können Sie ein Bild mit allen Bereichen im Fokus erstellen. Mit anderen Worten: Wenn Sie kontinuierlich die Bilder der Bereiche mit der höchsten Helligkeit bei wechselnden Fokuspositionen aufnehmen und in ein einziges Bild integrieren, erhalten Sie ein Bild mit allen Bereichen im Fokus über das gesamte Sichtfeld. Im Ergebnis sieht es so aus, als ob die Schärfentiefe vertieft wurde.

3D-Bild

Durch den Effekt der optischen Schnittführung hat die konfokale Optik ein Auflösungsvermögen in Z-Richtung. Die konfokale Optik kann eine dreidimensionale Struktur mit Hilfe von Z-Positionsdaten an jedem Punkt, die aus dem Z-Scan gewonnen werden, abbilden. Das bedeutet, dass konfokale Mikroskope verschiedene Messungen durchführen können, die mit konventionellen optischen Mikroskopen nicht möglich sind, wie z. B. Formmessung, Höhenspaltmessung und Rauheitsmessung.

*1Lasermikroskop wird auch als Laser-Scanning-Mikroskop (LSM) oder Scanning-Lasermikroskop (SLM) bezeichnet.
*2Z-Scan ist ein Scan, der entlang der optischen Achse durchgeführt wird, während der Abstand zwischen Probe und Objektiv verändert wird.