共焦显微镜改进及应用技术

随着共焦显微技术的发展，出现了一些新的技术，进而出现了很多新结构的共焦显微镜。

1.宽视场共焦显微镜

多年来，人们提出了许多提高数据获取速度的方法，大多数采用改变共焦孔径的方法。如果共焦轮廓仪要求很高的轴向分辨率，就必须用到高数值孔径的物镜。但是高数值孔径物镜的缺点就是视场小。

如果用微透镜阵列来取代物镜，如图6.7所示，则能够实现大（宽）视场的检测。当每一个独立的微观透镜保持较大的NA 时，视场由阵列的大小决定。单个透镜的焦距可以用于调节来适应被测对象的形状，减少扫描范围和加快速度。用微镜头代替物镜的系统与典型的共焦显微镜有一点不同，因为光被微透镜焦平面上的每一个物点反射，然后通过透镜聚焦在一个针孔上，该针孔相当于一个空间滤波器。微透镜的光瞳将在相机上成像，而不是像典型的共焦装置的像点。对于这个系统，当物镜NA 等于0.3 时，轴向分辨率能达到50 nm。

图6.7　宽视场共焦显微镜光路示意图

2.光谱共焦显微镜

光谱共焦显微镜是为了满足共焦系统通过垂直扫描来确定相对物体高度的位置这一需求发展起来的。其相对于纵向扫描的优点在于光谱共焦显微镜采用了一个有轴向色差的物镜，不同波长的光波通过这种物镜具有不同的焦点位置；只有满足焦点位置与物体位置重合的波长才能反射回系统。因此，这种系统也称为波长- 深度的编码装置。这里用光谱仪代替CCD 相机来探测波长值。通过测量功率谱来对焦点位置进行及时测量，取代了所有的扫描机制，从而加快了测量速度。图6.8为光谱共焦显微镜的示意图。(www.xing528.com)

图6.8　光谱共焦显微镜光路示意图

3.差动共焦显微镜

差动共焦显微技术是在1974年由Dekkers 和De Lang 最先提出的。图6.9为差动共焦显微镜的技术原理图。

图6.9　差动共焦显微镜光路示意图

它是在基本的共焦显微技术基础上，在共焦光路的信息接收端处，将被测信号分为两路，用两个光电转换器以差动方式进行连接，得到聚焦信号。采用差动方式测量共焦信号，可以消除光强漂移和探测器的电子漂移引起的噪声，很大程度上提高了测量信噪比，从而提高了测量精度。它与扫描探针式共焦测量系统相比，具有误差小、测量范围大、抗干扰的优点，其测量精度高，可达到纳米量级。此技术兼具高分辨率、大量程、非接触测量的特点。