A konfokális mikroszkópia alapelvei
A konfokális mikroszkóp egy nagy pontosságú képalkotó műszer, amely az 1980-as években jelent meg és fejlődött ki, és alapvető tudományos kutatási eszköz a szubmikron szerkezetek tanulmányozására. A számítógépek, képfeldolgozó szoftverek és lézerek fejlődésével a konfokális mikroszkópok is nagy fejlődésen mentek keresztül, ma már széles körben használják a biológia, a mikrorendszerek és az anyagmérés területén. A konfokális mikroszkóp egy új típusú mikroszkóp, amely integrálja a konfokális elvet, a pásztázási technológiát és a számítógépes grafikai feldolgozási technológiát. Fő előnyei: nagy oldalirányú felbontás és nagy axiális felbontás, valamint a szórt fény hatékony elnyomása, nagy kontraszttal.
A konfokális mikroszkóp tipikus elrendezése az, hogy a mért tárgy fókuszsíkjának konjugált síkjára két kis lyukat helyeznek el, amelyek közül az egyik a fényforrás elé, a másik pedig a detektor elé kerül, amint az ábra mutatja. 1. Az ábrán látható, hogy amikor a mért minta a kvázi fókuszsíkban van, akkor a detektáló vég által gyűjtött fényintenzitás a legnagyobb; amikor a mért minta életlen helyzetben van, a fényfolt a detektálás végén szétszóródik, és a fény intenzitása gyorsan csökken. Ezért csak a fókuszsíkon lévő pontok által kibocsátott fény tud áthaladni a kilépő tűlyukon, míg a fókuszsíkon kívüli pontok által kibocsátott fény a kilépési tűlyukon defókuszálódik, és a legtöbb nem jut át a központi tűlyukon. Ezért a fókuszsíkon a megfigyelési célpont fényesnek, a nem megfigyelési pont pedig feketének tűnik háttérként, növelve a kontrasztot és kitisztítva a képet. A képalkotás során a két tűlyuk konfokális, a konfokális pont a detektált pont, és az a sík, ahol az észlelt pont található, a konfokális sík.
A konfokális mikroszkópiában a detektoron lévő tűlyuk mérete kritikus szerepet játszik. Közvetlenül befolyásolja a rendszer felbontását és jel-zaj arányát. Ha a tűlyuk túl nagy, a konfokális érzékelési hatás nem érhető el, ami nemcsak a rendszer felbontását csökkenti, hanem több szórt fényt is bevezet; Ha a tűlyuk túl kicsi, az csökkenti az észlelési hatékonyságot és csökkenti a mikroszkópos képet. Fényerősség. Tanulmányok kimutatták, hogy ha a tűlyuk átmérője megegyezik az Airy korong átmérőjével, akkor a konfokális követelmények teljesülnek, és az észlelési hatékonyság nem csökken jelentősen. Mivel a tűlyuk átmérője általában mikron nagyságrendű, ha eltérés van a lézersugár fókuszpontja és a tűlyuk helyzete között, jeltorzulás lép fel. Ezért a konfokális mikroszkópok általában autofókusz rendszert használnak, ami gyakorlatilag megnöveli a mérési időt.
Mivel a lézeres konfokális pásztázó mikroszkóp pontszerű leképezés, a tárgy kétdimenziós képének elkészítéséhez x és y irányú kétdimenziós pásztázást kell alkalmazni. A különböző mikroszkópok különböző szkennelési módszereket használnak:
(1) Objektum szkennelés. Vagyis maga a tárgy egy bizonyos törvény szerint mozog, miközben a fénysugár változatlan marad. Előnyök: stabil optikai út; Hátrányok: nagy szkennelési asztalra van szükség, így a szkennelési sebesség erősen korlátozott.
(2) Fényvisszaverő galvanométer segítségével sugár letapogató rendszert alakítanak ki. Vagyis a pásztázó galvanométer vezérlésével a fókuszált fényfolt rendszeresen visszaverődik az objektum egy bizonyos rétegére a kétdimenziós szkennelés befejezéséhez. Előnye, hogy nagy pontosságú, és gyakran használják nagy pontosságú mérésekre. A szkennelési sebesség javult az objektumok szkenneléséhez képest, de még mindig nem gyors.
(3) A pásztázáshoz használja az akuszto-optikai eltérítő elemet, és a pásztázás a hanghullám kimeneti frekvenciájának, majd a fényhullám átviteli irányának megváltoztatásával valósul meg. Kiemelkedő előnye, hogy nagyon gyors a beolvasási sebesség. Az Egyesült Államok által kifejlesztett szkennelő rendszer akusztikus-optikai terelőt használ valós idejű videoképek előállításához. Egy kétdimenziós kép beolvasása mindössze 1/30 másodpercet vesz igénybe, és szinte valós idejű kimenetet ér el.
(4) Nipkow lemezszkennelés. A szkennelési folyamat a Nipkow lemez elforgatásával fejeződik be, miközben a többi komponenst mozdulatlanul tartja. Egyszerre leképezhető és nagyon gyors a sebesség. Mivel azonban a képsugár tengelyen kívüli fény, a lencse tengelyen kívüli aberrációját korrigálni kell, és a fényenergia felhasználási aránya nagyon alacsony.
