Конфокальная микроскопия. Принцип действия, примеры исследования. Лазерный сканирующий микроскоп Лазерный микроскоп

Конфокальная микроскопия – это один из методов оптической микроскопии, который обладает существенным контрастом по сравнению с обычными классическими микроскопами. Отличительной особенностью данного метода является использование диафрагмы, способной отсекать поток фонового рассеянного света.

В конфокальном микроскопе в каждый момент времени происходит регистрация изображения одной токи объекта. Полноценное изображение получается за счет сканирования передвижения образца или перестройки оптической системы. После объективной линзы расположена диафрагма небольшого размера так, чтобы свет, испускаемый исследуемой точкой, проходил через нее и регистрировался, а свет, исходящий от других точек, задерживался диафрагмой.

Описанный метод исследования позволяет изучать внутреннюю структуру различных клеток. С его помощью можно идентифицировать отдельные молекулы и структуры клетки, микроорганизмы, а также динамические процессы, протекающие в клетках.

Описание метода конфокальной микроскопии

Благодаря конфокальной флуоресцентной микроскопии появилась возможность получать трехмерное субмикронное расширение объектов, а также значительно расширилась возможность проведения неразрушающего анализа прозрачных образцов. Благодаря использованию в указанных микроскопах в качестве источников света лазеров, достигается повышение их разрешающей способности.

По сравнению с ксеновыми или ртутными лампами лазеры отличаются существенными преимуществами, так как обладают способностью монохроматичности, а также высокой параллельности испускаемого пучка света. Такие свойства лазерного излучения обеспечивают оптической системе более эффективную работу, а также снижают количество бликов и увеличивают точность фокусировки пучка света.

На исследуемом образце лазер освещает не все поле зрения, а фокусируется в определенной точке. Конфокальная диафрагма позволяет избавиться от внефокусной флуоресценции, при этом изменяя диаметр диафрагмы, можно точно определять толщину оптического слоя возле фокуса лазерного луча. Благодаря описанному свойству конфокальная микроскопия позволяет получать улучшенное разрешение вдоль оси Z.

Специальные программы, которыми оснащены конфокальные микроскопы, позволяют из серии оптических срезов создавать объемные изображения объектов, а также рассматривать их под разными углами зрения.

Применение мультиспектрального лазерного сканирующего конфокального микроскопа дает возможность изучать колоколизацию в клетке различных веществ. Мультиспектральный режим позволяет проводить на конфокальном микроскопе исследования по методу FISH.

Примеры исследований, проводимых с помощью конфокального микроскопа

Конфокальная микроскопия помогает изучать способность различных веществ накапливаться в ядре, цитоплазме или в других клеточных структурах. Эти способности зачастую применяются в процессе проведения исследований механизмов действия канцерогенов, противоопухолевых соединений, лекарственных препаратов, а также позволяют рассчитывать их эффективные концентрации.

Летальное изучение интенсивности, а также формы спектров собственной флуоресценции дает возможность распознавать воспаленные и нормальные клетки. Этот метод используется на ранних сроках диагностики рака шейки матки.

Правильно подобранная комбинация различных фильтров, предназначенных для нескольких типов собственной флуоресценции, может получаться без трудоемкого исследования множества срезов. Таким образом, можно быстро и точно обнаруживать злокачественные тканевые структуры и отличать их от нормальных.

Методы конфокальной микроскопии достаточно широко используются в гидробиологии и эмбриологии, в ботанике и зоологии в процессе изучения структуры гамет, а также развития и формирования организмов.

Конфокальные лазерные микроскопы в современном мире нашли широкое применение в области биологии, биофизики, медицины, клеточной, а также молекулярной биологии. Конфокальная микроскопия – это уникальная бесконтактная методика, которая сегодня используется для изучения роговицы глаза. Она позволяет максимально точно оценить имеющуюся степень клеточных изменений и внеклеточных структур, а также сделать выводы о возможном повреждении роговицы в целом.

Лазерные конфокальные микроскопы обладают высоким разрешением, поэтому позволяют исследовать структуру флуоресцентно меченых клеток и даже отдельных генов. Применение всевозможных технологий специфической многоцветной флуоресцентной окраски для биологически активных молекул, а также надмолекулярных комплексов дает возможность изучать сложные механизмы функционирования не только отдельных клеток, но и целых систем. Данная технология широко используется в экспериментальной биологии, а также в медицине.

Оборудование - конфокальные микроскопы

Современные сверхточные конфокальные микроскопы, такие как Leica TCS SP8 позволяют получить максимально четкие и достоверные данные при проведении различных исследований. Широкий интерес к таким приборам возник в восьмидесятых годах прошлого столетия, из-за быстрого развития компьютерной техники и лазерных технологий.

Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия представляет собой разновидность оптической микроскопии. Ее особенностью является то, что лазерный луч фокусируется на определенную область по осям Х и У и формирует, таким образом, изображение. Отраженный свет демонстрируется на экране в виде растра. Размеры изображения напрямую зависят от разрешающей способности современной электроники, а также от размеров сканируемого растра.

Измерительные приборы, которые созданы с помощью современного метода конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, в наше время получили широчайшее распространение в разных сферах. По сравнению с обычной световой микроскопией конфокальная микроскопия обладает следующими преимуществами:

• улучшенная разрешающая способность;
• высокая контрастность изображения;
• возможность проводить мультиспектральные исследования с высокой степенью разделения сигналов;
• возможность получения «оптических срезов» с трехмерной реконструкцией;
• возможности использования способов цифровой обработки полученных изображений;

Из недостатков описанной аппаратуры можно выделить:

• сложность настройки прибора;
• отсутствие оптического изображения;
• высокая стоимость приборов, также дороговизна их обслуживания.

В конфокальном микроскопе для управления всей системой используется специальный компьютер. Он позволяет сохранять изображения и детально изучать полученные данные. Для качественной обработки полученных изображений зачастую требуются достаточно большие вычислительные мощности, поэтому компьютер должен обладать довольно большой оперативной памятью. Для дальнейшего хранения информации требуется также и большая дисковая память. Для передачи изображений такой компьютер должен иметь USB-порт или CD/DVDRW. Также компьютер имеет возможность подключения к глобальной интернет или локальной сети.

Программное обеспечение, установленное в таких компьютерах, может быть базовым. Оно поставляется вместе с техникой и позволяет управлять всей системой и контролировать ее основные функции. Также для указанных компьютеров специально разрабатываются пакеты прикладных задач, которые заказываются дополнительно. Многие модели конфокальных микроскопов имеют специальный пульт управления, позволяющий настраивать их работу дистанционно.

Устанавливают описанные приборы в обычных лабораторных посещениях. Важнейшей процедурой в процессе эксплуатации конфокальных микроскопов является контроль за вибрациями. Для таких целей применяют специальное устройство, измеряющее уровень вибрации. Процедура контроля похожа на процедуру измерения аксиальной разрешающей способности ЛСКМ при помощи зеркала.

Конфокальная микроскопия стремительно развивается. Известные компании-производители представляют на рынке новейшие образцы конфокальных микроскопов, которые позволяют эффективно разделять лазерный луч возбуждения, а также люминесценцию. С помощью компьютера в таких приборах управляется светоделитель. Его спектральные свойства при необходимости могут достаточно быстро перестраиваться на несколько лазерных линий.

Конфокальные микроскопы в микробиологии

Конфокальный микроскоп также незаменим в биологии для детального исследования клетки. Сегодня на эту тему публикуется огромное количество различных научных статей. Чаще всего при помощи конфокальных микроскопов изучают структуру клеток, а также их органоидов. Также исследуется колокализация в клетке для того, чтобы понять есть ли причинно-следственная связь между веществами клетки.

В процессе изучения белков конфокальными микросокпами они предварительно маркируются антителами с разными флуорохромами. С помощью обычного классического микроскопа довольно трудно разобрать расположены ли они рядом либо же один под другим, а вот конфокальный микроскоп позволяет это сделать без особых проблем. В памяти компьютера записываются данные о серии оптических срезов и, таким образом, проводится объемная реконструкция объекта, атакже получается его трехмерное изображение.

Также с помощью конфокальных микроскопов исследуют динамическое процессы, протекающие в живых клетках, например, передвижение ионов кальция или других веществ сквозь клеточные мембраны. Используют конфокальные микроскопы и для изучения подвижности биоорганических молекул с помощью ионизации фотохимического разложения флуорохрома в зоне облучения, а также последующего его рассоединения с молекулами. Такие молекулы маркируются двумя флуорохромами, обладающими спектром испускания донора, который перекрывается спектром поглощения акцептора. Таким образом, энергия передается от донора к акцептору на небольших расстояниях и в результате резонанса между энергетическими уровнями. После этого акцептор в видимой области спектра излучает энергию, которая впоследствии регистрируется с помощью конфокального микроскопа.

Развитие конфокальной микроскопии продолжается. Компании-производители указанного оборудования ежегодно представляют на рынке все более современные, функциональные и усовершенствованные микроскопы, позволяющие ученым совершать новые полезные открытия в самых разных сферах. Совершенствуется и программное обеспечение, предназначенное для компьютеров, которыми оснащены конфокальные микроскопы. Оно позволяет воплощать в жизнь самые сложные задачи, которые дают возможность проводить исследования на молекулярном и клеточном уровне. Сегодня с уверенностью можно сказать, что за конфокальными микроскопами будущее, так как по своим функциональным характеристикам и техническим возможностям они существенно превзошли обычные микроскопы. Среди достаточно широкого ассортимента конфокальной оптической аппаратуры каждый пользователь сможет подобрать для себя именно торт микроскоп, который позволит ему активно развивать свои исследования.

Владельцы патента RU 2285279:

Изобретение относится к оптическим устройствам для измерения оптической разности фаз методами интерферометрии, измерения поляризации света, а также для управления интенсивностью, фазой и поляризацией излучения. Микроскоп содержит источник лазерного излучения, на пути следования луча которого последовательно установлены светоделительный элемент, сканирующая система с двумя зеркальными дефлекторами и объектив, а на пути следования луча, отраженного от исследуемого образца и светоделительного элемента, размещен приемник излучения с системой обработки сигнала. Перед светоделительным элементом установлен преобразователь поляризации излучения вкруговую, а между светоделительным элементом и сканирующей системой размещен лучеразводящий элемент, преобразующий входной пучок излучения в два пучка с ортогональными направлениями поляризации и пространственным смещением, при этом в качестве приемника излучения применен измеритель мощности компонент скрещенных поляризаций излучения. Изобретение позволяет улучшить соотношение сигнал-шум за счет применения дифференциального контраста, а также повысить чувствительность к слабым перепадам оптической плотности объектов и увеличить линейность измерения высоты профиля исследуемого объекта. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам для измерения оптической разности фаз методами интерферометрии, измерения поляризации света, а также для управления интенсивностью, фазой и поляризацией излучения.

Известны растровые оптические микроскопы с оптическими схемами, реализующими сканирование луча по углу без смещения в плоскости входного окна объектива в режиме на отражение (Дюков В.Г. и Кудеяров Ю.А. «Растровая оптическая микроскопия», Москва, 1991, С.134).

Этот микроскоп включает источник лазерного излучения, на выходе которого установлены расширитель и светоделительная пластина. На пути луча, прошедшего через светоделительную пластину, установлены два зеркальных дефлектора сканирующей системы и объектив, а на пути луча, отраженного от исследуемого объекта и светоделительной пластины, установлен фотоприемник. Перед фотоприемником расположен пространственный фильтр и вводимый спектральный фильтр. Между дефлекторами добавлена телецентрическая система из двух линз.

Микроскоп оснащен цифровой техникой для обработки изображений, а также видеокамерой. Такой комбинированный прибор позволяет исследовать микрообъекты в различных областях науки и техники.

Известна конфокальная система для получения изображения, содержащая сканирующий многоцветный лазер и микроскоп (патент США №5127730, US/C1 356-318, MKU 5 G 01 №21/64). Эта система позволяет с помощью фотоумножителей получить изображение, по которому можно получить представление о свойствах исследуемого образца, подвергнутого воздействию красителей.

Известен конфокальный сканирующий микроскоп (патент США №5032720, US C1 250-236, MKU 5 G 02 B 21/06), выбранный нами в качестве прототипа, который имеет сканирующую систему с двумя дефлекторами. Каждый из этих дефлекторов сканирует отклоняющие лучи во взаимно перпендикулярных плоскостях. Система зеркал расположена между дефлекторами сканирующей системы таким образом, чтобы передать луч от одного дефлектора на другой и на микроскоп с объективом. Свет, отраженный образцом, попадает на объектив, на дефлекторы и систему зеркал до момента попадания на детектор. Апертура находится перед детектором и блокирует любой луч, который выходит из точек, пространственно удаленных от лучевого пятна. Однако конфокальные лазерные микроскопы, описание в аналогах и прототипе в отдельных случаях применения имеют недостаточно высокое соотношение сигнал-шум, что, например, важно при исследовании биологических объектов.

Техническим результатом предложенного изобретения является улучшение соотношения сигнал-шум за счет применения дифференциального контраста, кроме того достигнута более высокая чувствительность к слабым перепадам оптической плотности объектов и увеличена линейность измерения высоты профиля исследуемого объекта.

Этот результат достигается усовершенствованием известного лазерного сканирующего микроскопа, содержащего источник лазерного излучения, на пути следования луча которого последовательно установлены светоделительный элемент, сканирующая система с двумя зеркальными дефлекторами и объектив, а на пути луча, отраженного от исследуемого и светоделительного элемента, размещен приемник излучения с системой обработки сигнала.

Усовершенствование заключается в том, что перед светоделительным элементом установлен преобразователь плоскополяризованного луча в луч с круговой поляризацией, а между светоделительным элементом и сканирующей системой размещен лучеразводящий элемент, преобразующий входной пучок излучения в два пучка с ортогональными направлениями поляризации и пространственным смещением, при этом в качестве приемника излучения применен измеритель мощности компонент скрещенных поляризаций излучения.

В качестве преобразователя поляризации излучения может быть использована четвертьволновая пластина для длины волны используемого излучения.

Преобразователь излучения может быть размещен в источнике лазерного излучения.

Предусмотрены также следующие усовершенствования:

Лучеразводящий элемент выполнен в виде пластины из двулучепреломляющего материала;

Измеритель мощности состоит из призмы Волластона и двух фотопримников для раздельного измерения двух компонент, скрещенных поляризаций излучения;

Между светоделительным элементом и измерителем мощности размещен телескоп с регулируемой диафрагмой, установленной в его внутреннем фокусе;

Между двумя дефлекторами сканирующей системы введен телескоп, передний и задний фокусы которого размещены на осях качания дефлекторов;

Между сканирующей системой и объективом расположен дополнительный телескоп, один из фокусов которого совпадает с осью качания размещенного рядом с ним дефлектора сканирующей системы, а второй совпадает с задним фокусом объектива;

Между источником лазерного излучения и преобразователем поляризации излучения установлена система регулировки контроля мощности источника лазерного излучения.

Сущность изобретения поясняется прилагаемым чертежом, на котором показана структурная оптическая схема лазерного сканирующего микроскопа.

Лазерный сканирующий микроскоп содержит источник лазерного излучения 1, в качестве которого могут быть использованы непрерывный газовый (например, лазер гелий-неоновый, аргоновый, криптоновый, аргон-криптоновый и другие). На пути луча газового лазера установлен пленочный поляризатор 2 (поляризационный фильтр), предназначенный для регулирования мощности излучения, призма Глана-Томсона 3 для улучшения его поляризационных характеристик и делительная пластина 4 для отщепления части луча (около 5%) с целью осуществления контроля мощности излучения с помощью фотоприемника 5.

Далее по ходу основного пучка лазера установлен преобразователь поляризации излучения, в частности четвертьволновая пластина для данной волны излучения. После преобразователя поляризации излучения установлены светоделительный элемент 8, лучеразводящий элемент 9, сканирующая система, включающая два зеркальных дефлектора 10, 11, объектив 12 и столик 13 для размещения исследуемого объекта. Лучеразводящий элемент 9 выполнен в виде пластины из двулучепреломляющего материала и размещен во внутреннем фокусе телескопа 14.

Ось качания дефлектора 10 совпадает с передним фокусом телескопа 14, который совпадает с передним фокусом телескопа 15.

Между дефлекторами 10 и 11 расположен телескоп 15 для осуществления сопряжения точек развертки луча в двух взаимоперпендикулярных направлениях. Ось качания дефлектора 11 находится в заднем фокусе телескопа 15. В случае необходимости для последующего увеличения диаметра лазерного луча, а также для переноса точки угловой развертки сканирования в задний фокус объектива 12, между дефлектором 11 и объективом 12 установлен дополнительный телескоп 16. Один из фокусов телескопа 16 совпадает с осью качания дефлектора 11, а другой - с задним фокусом объектива 12.

Светоделительный элемент 8 служит для перенаправления отраженного от исследуемого объекта луча в измеритель мощности, который состоит из призмы Волластона 17 и двух фотоприемников 18, 19 для раздельного измерения интенсивности или мощности компонент ортогональных поляризаций излучения. Фотоприемники 18 и 19 служат для преобразования оптической мощности в измеряемый электрический сигнал.

Светоделительный элемент 8 также может быть использован для дополнительного контроля мощности излучения с помощью фотоприемника 20. Для реализации конфокального контраста перед измерителем мощности установлена регулируемая диафрагма 21, размещенная во внутреннем фокусе телескопа 22.

Пленочный поляризатор 2, призма Глана-Томсона 3 и система регулировки мощности источника лазерного излучения, включающая фотоприемник 5 и делительную пластину 4, предусмотрены для коммерчески доступных лазеров. В случае наличия лазеров со световыми пучками удовлетворительного качества эти элементы не требуются.

Работает лазерный сканирующий микроскоп следующим образом.

Плоскопараллельный частично поляризованный луч газового лазера 1 проходит пленочный поляризатор 2 и призму Глана-Томсона 3, приобретая высокую степень поляризации 1:1000 и выше.

Плоскости поляризации 1 и 3 совпадают, тогда как положение плоскости поляризации 2 может изменяться путем его вращения. Таким образом интенсивность излучения может варьироваться от максимума до предельно малых величин.

Делительная пластина 4 отводит небольшую часть луча (около 5%) на фотодиод 5 для измерения и управления мощностью излучения.

Фазовая пластина 6 преобразует плоскополяризованный луч лазерного излучения в луч с круговой поляризацией. Это необходимо для перевода поляриметра в квазилинейный режим измерения фазы.

Делительная пластина 8 расщепляет входной луч на два с одинаковой интенсивностью излучения. При этом один луч используется для проведения измерений, а второй может использоваться для дополнительного контроля мощности.

Блок, состоящий из фазовой пластины 9 и телецентрической системы линз телескопа 14, предназначен для расщепления поляризованного по кругу луча на два линейно поляризованных со скрещенными компонентами поляризации. При этом за счет внешней конической рефракции в фазовой пластине 9 происходит пространственное смещение необыкновенного луча, зависящее от толщины пластины, ее углового положения, ориентации оптической оси и фокусного расстояния линз.

Телецентрическая система линз телескопа 15 переносит фокус угловой развертки луча из точки, лежащей на оси дефлектора 10, в точку, лежащую на оси дефлектора 11, оставляя остальные параметры луча неизменными.

Дефлектор 11 обеспечивает отклонение луча в плоскости, перпендикулярной плоскости угловой развертки дефлектора 10, завершая таким образом формирование углового растра.

Таким образом, плоскопараллельный луч с расщепленными компонентами поляризации виртуально испускается из заднего фокуса объектива 12 под разными углами, определяемыми положениями дефлекторов 10 и 11. Далее луч фокусируется на поверхности исследуемого объекта, причем геометрический фокус необыкновенного луча может быть пространственно смещен относительно фокуса обыкновенного луча за счет расщепления в фазовой пластине 9.

Отраженный от объекта луч проходит обратно по тому же самому пути, что и входной луч, вплоть до делительной пластины, где он разделяется на два луча равной мощности. Один из лучей отклоняется на дифференциальный фотоприемник, где происходит измерение его параметров.

Фотоприемник состоит из призмы Волластона 17, расщепляющей входной луч на два со скрещенными направлениями линейной поляризации, и двух фотодиодов, измеряющих интенсивности этих компонентов. В зависимости от угловой ориентации фазовой пластины 9 и взаимной ориентации фазовой пластины 9 и призмы Волластона 17 реализуются несколько способов получения информации об исследуемом объекте, так называемых контрастов.

Для осуществления амплитудного контраста фазовая пластина 9 находится в положении, при котором расщепление луча не происходит, а сигналы фотодиодов складываются и сумма передается системе построения изображения.

Предложенное устройство позволяет осуществить дифференциальный фазовый контраст и в результате увеличить отношение сигнал/шум за счет интегрирования сигналов при построении реального профиля объекта из дифференциальных сигналов, что приводит также к повышению чувствительности к слабым перепадам оптической плотности объектов и увеличению линейности измерения высоты профиля исследуемого объекта.

1. Лазерный сканирующий микроскоп, содержащий источник лазерного излучения, на пути следования луча которого последовательно установлены светоделительный элемент, сканирующая система с двумя зеркальными дефлекторами и объектив, а на пути следования луча, отраженного от исследуемого образца и светоделительного элемента, размещен приемник излучения с системой обработки сигнала, отличающийся тем, что перед светоделительным элементом установлен преобразователь плоскополяризованного луча в луч с круговой поляризацией, а между светоделительным элементом и сканирующей системой размещен лучеразводящий элемент, преобразующий входной пучок излучения в два пучка с ортогональными направлениями поляризации и пространственным смешением, при этом в качестве приемника излучения применен измеритель мощности компонент скрещенных поляризаций излучения.

2. Лазерный сканирующий микроскоп по п.1, отличающийся тем, что преобразователем поляризации излучения является четвертьволновая пластина для длины волны используемого излучения.

3. Лазерный сканирующий микроскоп по пп.1 и 2, отличающийся тем, что преобразователь поляризации излучения размещен в источнике лазерного излучения.

4. Лазерный сканирующий микроскоп по п.1, отличающийся тем, что лучеразводящий элемент выполнен в виде пластины из двулучепреломляющего материала.

5. Лазерный сканирующий микроскоп по п.1, отличающийся тем, что измеритель мощности состоит из призмы Волластона и двух фотоприемников для раздельного измерения двух скрещенных компонент поляризации излучения.

6. Лазерный сканирующий микроскоп по п.1, отличающийся тем, что между светоделительным элементом и измерителем мощности размещен телескоп с регулируемой диафрагмой, установленной в его внутреннем фокусе.

Многофункциональный высокопроизводительный световой конфокальный и лазерный конфокальный микроскоп OPTELICS HYBRID обладает целым рядом преимуществ: 2 вида конфокальной оптики в одном микроскопе, интерферометр на фазовом сдвиге, возможность наблюдения в дифференциально интерференционном контрасте, измерение толщин тонких пленок методом спектроскопической рефракции.
Скачать брошюру .

Особенности

• 24битное цветное наблюдение высокого разрешения
• Широкопольные наблюдения и измерения
• Определение толщин прозрачных пленок
• Высокое увеличение
• Высокое разрешение
• Высокая контрастность
• Визуализация нанометровых дефектов, трещин, частиц на ровной поверхности

Аналитические функции

Профиль / сравненительные измерения Измерение формы поверхности на заданной пользователем линии.
Измерение сравнения для измерения разницы в нескольких строках.
Критерии измерения: ширина, высота, угол, уточненный радиус, отклонение

Измерения ширины и шага
Идеально подходит для измерения ширины полупроводниковых паттернов. Лучшая в отрасли точность и повторяемость достигается с помощью уникальной оптики и детекторов.

• Точность:
  ± мкм
  (Ex. ± 0.025 µm для ширины линии 5 мкм)
• Повторяемость:
  3σ = 0.01µm

Измерение шероховатости поверхности
Измерение шероховатости поверхности в соответствии с параметрами JIS и ISO. Высокое разрешение измерения шероховатости возможно для любого типа образцов благодаря бесконтактному методу измерений.

• 2 мерная шероховатость
  Шероховатость поверхности: Ra, Rp, Rv, Rc, Rt, Rq, Rsm, Rk, Rpk, Rvk и т.д.
  JIS B 0671: Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2, А1, А2 и т.д.
  Rmr
• 3D шероховатость
  Параметры шероховатости: Sa, Sp, Sv, Sz, пл и т.д.
  Параметры объема: Sk, SPK, СВК, SMR1, ВВК, VVV и т.д.

Анализ геометрических свойств
HYBRID анализирует более 20 свойств, включая площадь, объем, положение центра тяжести и т.д. Вывод результата анализа доступен в формате электронной таблицы.

2D измерения
Измерение 2 мерных функций, таких как длина, угол, радиус и т.п.

Измерение перепадов высот
Измерение разницы высот в указанной пользователем области

Измерение толщины пленки (XZ поперечные измерения)
Толщина пленки получают путем оптических вычислений расстояния между поверхностью пленки и поверхности подложки с использованием отраженного света. Пример: PI пленки на подложке.

Управление данными результатов экспериментов

Высокая скорость и высокая точность измерений

• Ведущая в отрасли скорость измерения. HYBRID достигает частоту кадров 15 Гц, примерно в 4 раза быстрее, чем типичный CLSM(конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, что делает его мощным инструментом для высокоскоростного авто измерений, пэчворка и высокоскоростного наблюдения.
• Высоко скоростной пэчворк. Эта функция позволяет сшить большой объект, как показано на рисунке из множества небольших лоскутков изображений. Это плавно создает широкий FOV изображение. Время процесса составляет около 1/6, что требуется для типичного CLSM. (Количество экранов: 1 / 1.5, измерение времени на экране: 1/4)
• Высокоскоростная автоматическая оптимизация диапазона измерения. В пэчворк, высота зазора в пределах каждого FOV автоматически определяется для автонастройки диапазона измерений. Это предотвращает ошибки ввода данных по изображению и значительно сокращает время сканирования.
• Маппинг отображение областей изображения. Текущее позиция проводимых измерений может быть отображена в более широком FOV изображения. Эта функция также позволяет перейти к точке измерения одним щелчком мыши, авто пэчворк в указанной области на карте и координировать управление информацией в указанной позиции.
• Лучшая в отрасли точность измерений и повторяемость. Высокая точность требуется для измерительных инструментов. Высокая точность:
  Ширина линии: ± мкм
  Измерение высоты: ± (0,11 + L / 100) мкм
• Высокий уровень повторяемости. Линия 3σ измерение ширина: 10 нм
  Измерение высоты: 10нм
  HYBRID достигает отрасли воспроизводимости и обнаруживает истинный пик, расположенный в зазоре измерения на основе IZ кривой, рассчитанной с помощью специального алгоритма.

Оптические интерференционные измерения

Измерение высоты нанометрового масштаба в широком поле зрения. Возможно проведение точных наноизмерений высоты в миллиметровом масштабе FOV.
Особенности
Разрешение при измерении высоты с использованием оптической интерференции не зависит от линзы объектива NA. Поэтому возможно иметь высокое разрешение, даже в широком поле зрения. Это подходит для измерения сверхтонких вогнутости / выпуклости, шероховатости поверхности и неровностей при сохранении миллиметрового масштаба широкоугольного обзора. Вы можете значительно расширить диапазон измерительных применений, дополняя этот метод с конфокальностью, который больше подходит для измерения склонов и шероховатых поверхностей.

Основной принцип оптических интерференционных измерений
профили поверхности измеряются в нанометровом разрешении от анализа моделей интерференции, создаваемых интерференцией объективов. Свет разбивается на два массива с помощью светоделителя внутри объектива. Один из массивов отражается поверхностью образца, в то время как другой массив переходит к референтному зеркалу и отражается. Оба отраженных луча накладываются на линзу объектива для формирования интерференционных картин, вызванных оптическими разности хода. По мере того как инструмент настроен так, что он не имеет оптической разности хода в положении фокуса, интерференционные полосы указывают на впадины и выпуклости на поверхности образца.

Вертикально-сканировующая интерферометрия белого света
Интерференционные полосы имеют сильный контраст на плоскости в фокусе. Пик яркости в интерференционной полосы определяется для измерения высоты с надежностью конфокальной микроскопии.

Интерферометрия сдвига фазы
Измерение высоты в Ангстрем масштабе степени точности измерений от фазового анализа интерференционных полос в одной длине волны света (546 нм), которые получаются, поскольку фаза изменяется в несколько этапов. Диапазон измерений ограничен в пределах половины длины волны, но время измерения составляет несколько секунд.

Измерение толщины пленок методом спектральной рефлектометрии

Измерение толщины прозрачной пленки. Вы можете измерить толщину прозрачных пленок, используя возможность выбора 6 длин волн в белом свете. Область измерения настраивается пользователем. Эта функция применима либо к поверхностнопокрытым пленкам или узорчатым пленкам. Спектроскопическая рефлектометрия доступна для измерения прозрачной пленки толщиной в нанометровом масштабе. Это компенсирует недостаток софокусной оптики, которая не может обнаружить позицию фокусировки для пленки с толщиной, близкой к длине волны света, таким образом, не пригодной для измерения толщины.

Принцип спектроскопической рефлектометрии
Толщина пленки может быть измерена с использованием спектра отражения, полученного с помощью спектроскопической рефлектометрии после настройки параметров с оптической имитационной моделью. Отраженный спектр показывает зависимость между абсолютной отражательной способностью и длиной волны. Она изменяется в зависимости от толщины пленки и оптических констант. Абсолютный коэффициент отражения определяется интерференцией тонкой пленки, вызванной многократным отражением света между поверхностью пленки и подложки.

Шесть длин волн выбраны из белого света для получения отраженного изображения для каждого из них и вычисления отражательной способности. Оптические константы (показатель преломления и коэффициент экстинкции) для тонких пленок и подложек используются в оптической модели для расчета абсолютного коэффициента отражения от коэффициента Френеля и измерения толщины пленки после настройки параметров.

Широкопольные конфокальные наблюдения в белом свете

Широкий FOV для эффективного наблюдения
FOV в 1,6 раза шире, чем типичный CLSM (конфокальный лазерный сканирующий микроскоп).

Высокая точность измерений при малом увеличении
С помощью наших специальных объективов, стало возможным проводить высоко точные измерения при малом увеличении, что трудно достичь при стандартном CLSM. Объектив разработан специально для широкого поля зрения и высокой точности измерений, High-NA (высокое значение цифровой апертуры) линзы объектива с увеличением 5x, 10x, 20x.

Широкий FOV и высокая точность

NS-3500 представляет собой высокоскоростной конфокальный лазерный сканирующий микроскоп (CLSM) для проведения высокоточных и надежных трехмерных измерений топографии поверхности. Получение конфокального микроскопического изображения в реальном времени достигается за счет использования быстрых сканирующих оптических модулей и алгоритмов обработки данных.

Данная система является перспективным решением для измерения и проверки трехмерных микроскопических структур, таких как полупроводниковые подложки, FPD панели, MEMS устройства, стеклянные подложки и просто различные поверхности. Микроскоп NS-3500 позволяет проводить измерения в различных областях (область сканирования размером до 10 × 10 мм) образцов с размерами до 150×150 мм за счет большого диапазона перемещения предметного столика. Также имеется опциональная возможность расширения платформы до 200×200 мм.

При необходимости измерения различных точек/областей более габаритных образцов доступна модификация измерительной головки промышленного типа (см. NS-3800).

• Неразрушающий оптический 3D-контроль с высоким разрешением
• Получение конфокального изображения в реальном времени
• Различное оптическое увеличение для наблюдаемой области
• Одновременная конфокальная микроскопия и микроскопия белого света
• Автоматический поиск усиления для тонкой фокусировки
• Компенсация наклона
• Простота анализа полученных данных
• Высокоточное и высокоскоростное измерение высоты
• Возможность качественного анализа толщины полупрозрачных материалов
• Отсутствие пробоподготовки
• Режим двойного сканирования вдоль вертикальной оси Z
• Сшивание изображений для анализа больших областей

Области применения

Лазерный сканирующий микроскоп NS-3500 является идеальным решением для измерения высоты, ширины, глубины, углов, площади, а также объемной визуализации микроструктур, таких как:

• Полупроводники - IC подложки, высота выступов/ступеней и проволочных петлей, анализ дефектов, CPM процессы (химико-механическая планаризация)
• Плоскопанельные дисплеи (FPD) - анализ сенсорных панелей, ITO подложек, высота разделительной колонны в ЖК-дисплее
• МЭМС устройства - трехмерный профиль структуры, шероховатость поверхности, подложки
• Стеклянные поверхности - тонкопленочные солнечные элементы, текстура солнечного элемента, анализ рисунка после лазерного воздействия
• Исследование материалов - анализ опорных поверхностей зажимного устройства, шероховатости и сколов

Программное обеспечение NSWorks & NSViewer

• Простое и интуитивное управление даже для новых пользователей
• ПЗС изображение, конфокальное изображение, а также основная панель управления одновременно отображаются на одном экране
• Разные параметры настройки предназначены для передовых приложений
• Построение конфокального изображения в режиме реального времени обеспечивает немедленную обратную связь с оборудованием
• Отдельное окно анализа с удобными графическими инструментами для создания отчетности
• Объемный графический вид позволяет пользователю легко распознать микроскопическую структуру образца

Сшивание изображения

При необходимости анализа большой области сканирования (до 15×15 мм макс.) доступно последовательное поточечное измерение мелких областей с их последующим сшиванием. Данная особенность реализована за счет использования моторизированного предметного столика и программной утилиты NSMosaic. После сшивания полученное изображения может быть проанализировано как единое целое со всеми доступными функциями из NSViewer.

Видео-обзор: Сшивание изображений на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе NS-3500

Примеры измерений с помощью NS-3500

Измерение высоты стандарта VLSI	Анализ выступающей части на OLED	Анализ результатов лазерной обработки OLED
Кварцевая подложка	Поверхность бриллианта	Дефект на металлическом зеркале
Неровность на выпуклой поверхности	Графен	Подложка оксида индия и олова
Анализ структуры микролинзы	Анализ узкой области подложки	Вид исследуемого образца при различном оптическом увеличении
Постобработка изображения профиля поперечного сечения	Сшивание изображения при анализе монеты	Анализ профиля поверхности капли воды