ココが知りたい! 形状測定

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レーザー顕微鏡の原理について

レーザー顕微鏡の原理について

共焦点レーザー顕微鏡は、「レーザー共焦点光学系(コンフォーカル光学系)」を用いた顕微鏡です。

・レーザー共焦点光学系によって得られる高コントラストの画像
・二次元走査によって得た光学スライス画像の組み合わせによる全焦点画像
・光軸方向の最大輝度をもとに検出した高さ情報

上記の組み合わせにより、安定した高解像度・高コントラストの三次元画像が得られます。

レーザー共焦点光学系

短い波長で直進性の高いレーザー光を照射するため、光を均一に照射する光学顕微鏡と比較して、散乱光の少ない反射光が得られます。

反射光が結像する位置に「ピンホール」を置き、レーザーの経路を制限することで、散乱光を排除できる特長をもっています。ピンボケの原因となる光(主に対物レンズの合焦位置以外からの光)がピンホールで排除されるため、コントラストの高いクリアな観察画像が得られます。

ピンホール径と検出器の感度の調整は、共焦点レーザー顕微鏡を設計する際に、十分な光量を得るためのポイントになります。

レーザー共焦点光学系

二次元走査

共焦点レーザー顕微鏡は、観察対象の平面画像を得るためにXY方向の二次元走査をおこないます。

二次元走査には、2つの方式があります。

サンプル走査方式
  • ・X/Yそれぞれの方向にレーザーを照射した状態で、サンプル(観察対象)を載せたXYステージを走査させる方法。
  • ・広範囲を画像化できるが、観察対象の大きさが制限され、取り込みに相応の時間を要する。
  • ・観察対象の表面の大きなうねりをとらえることが可能
レーザー走査方式
  • ・X/Yそれぞれの方向に走査するレーザー機構を移動して、観察対象の上を二次元走査する方法。
  • ・微細な形状をとらえることが可能

二次元走査をおこないながら、観察対象と対物レンズを高さ方向に移動することで、層ごとに最も輝度の高い、ピントの合った画像が得られます。
この断層画像を組み合わせると、すべての面でピントの合った画像(全焦点画像)が得られます。

高さ情報

光学顕微鏡の受光位置には高さ方向の情報を認識するためのセンサが配置されています。

結像位置における光量の変化を感知し、その点において輝度が最大になったときのZ軸方向の位置を「高さ」として記録します。
これらの高さデータと光学画像を合成し、三次元画像の表面形状を構成します。

高低情報 Z軸方向の位置Zposition 光量情報 受光した反射光量Intensity 焦点位置

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