Nguyên tắc của kính hiển vi đồng tiêu
Kính hiển vi đồng tiêu là một công cụ hình ảnh có độ chính xác cao xuất hiện và phát triển vào những năm 1980, và là một công cụ nghiên cứu khoa học thiết yếu để nghiên cứu các cấu trúc subicron. Với sự phát triển của máy tính, phần mềm xử lý hình ảnh và laser, kính hiển vi đồng tiêu cũng đã trải qua những bước phát triển vượt bậc và hiện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sinh học, vi hệ thống và đo lường vật liệu. Kính hiển vi đồng tiêu là một loại kính hiển vi mới tích hợp nguyên tắc đồng tiêu, công nghệ quét và công nghệ xử lý đồ họa máy tính. Ưu điểm chính của nó là: độ phân giải ngang và độ phân giải trục cao, đồng thời triệt tiêu hiệu quả ánh sáng lạc , với độ tương phản cao.
Một thiết lập kính hiển vi đồng tiêu điển hình là đặt hai lỗ nhỏ trên mặt phẳng liên hợp của tiêu diện của đối tượng được đo, một trong số đó được đặt phía trước nguồn sáng và lỗ còn lại được đặt phía trước máy dò, như trong Hình 1. Từ hình có thể thấy rằng khi mẫu được đo nằm trong mặt phẳng tiêu cự, cường độ ánh sáng do đầu phát hiện thu được là lớn nhất; khi mẫu được đo ở vị trí ngoài tiêu cự, điểm sáng ở đầu phát hiện sẽ khuếch tán và cường độ ánh sáng giảm nhanh chóng. Do đó, chỉ ánh sáng phát ra từ các điểm trên mặt phẳng tiêu điểm mới có thể đi qua lỗ kim thoát, trong khi ánh sáng phát ra từ các điểm bên ngoài mặt phẳng tiêu điểm bị lệch tiêu điểm trên mặt phẳng lỗ kim thoát và hầu hết chúng không thể đi qua lỗ kim trung tâm. Do đó, điểm mục tiêu quan sát trên mặt phẳng tiêu cự xuất hiện sáng và điểm không quan sát xuất hiện màu đen làm nền, làm tăng độ tương phản và làm rõ hình ảnh. Trong quá trình tạo ảnh, hai lỗ kim là đồng tiêu, điểm đồng tiêu là điểm được phát hiện và mặt phẳng chứa điểm được phát hiện là mặt phẳng đồng tiêu.
Kích thước của lỗ kim tại máy dò trong kính hiển vi đồng tiêu đóng một vai trò quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của hệ thống. Nếu lỗ kim quá lớn, hiệu ứng phát hiện tiêu điểm sẽ không đạt được, điều này không chỉ làm giảm độ phân giải của hệ thống mà còn tạo ra nhiều ánh sáng lạc hơn; nếu lỗ kim quá nhỏ sẽ làm giảm hiệu quả phát hiện và giảm hình ảnh hiển vi. độ sáng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi đường kính của lỗ kim bằng với đường kính của đĩa Airy, các yêu cầu về tiêu điểm được đáp ứng và hiệu quả phát hiện không giảm đáng kể. Vì đường kính của lỗ kim thường ở mức micron, nên nếu có sự sai lệch giữa điểm hội tụ của chùm tia laze và vị trí của lỗ kim, thì tín hiệu sẽ bị méo. Do đó, kính hiển vi đồng tiêu thường sử dụng hệ thống lấy nét tự động, hệ thống này hầu như làm tăng thời gian đo.
Vì kính hiển vi quét đồng tiêu laser là một hình ảnh điểm, để có được hình ảnh hai chiều của vật thể, cần phải sử dụng chức năng quét hai chiều theo hướng x và y. Các kính hiển vi khác nhau sử dụng các phương pháp quét khác nhau:
(1) Quét đối tượng. Tức là vật tự chuyển động theo một quy luật nhất định, còn chùm sáng không đổi. Ưu điểm: đường quang ổn định; Nhược điểm: cần bàn quét lớn nên tốc độ quét bị hạn chế rất nhiều.
(2) Một hệ thống quét tia được hình thành bằng cách sử dụng điện kế phản xạ. Đó là, bằng cách điều khiển điện kế quét, điểm sáng tập trung thường xuyên được phản xạ tới một lớp nhất định của vật thể để hoàn thành quá trình quét hai chiều. Ưu điểm của nó là có độ chính xác cao và thường được sử dụng để đo lường độ chính xác cao. Tốc độ quét đã được cải thiện so với quét đối tượng nhưng vẫn chưa nhanh.
(3) Sử dụng phần tử làm lệch âm thanh để quét và quá trình quét được thực hiện bằng cách thay đổi tần số đầu ra của sóng âm và sau đó thay đổi hướng truyền của sóng ánh sáng. Ưu điểm nổi bật của nó là tốc độ quét rất nhanh. Hệ thống quét do Hoa Kỳ phát triển sử dụng bộ làm lệch hướng âm thanh để tạo ra hình ảnh video thời gian thực. Chỉ mất 1/30 giây để quét hình ảnh hai chiều và nó gần như đạt được đầu ra thời gian thực.
(4) Quét đĩa Nipkow. Quá trình quét được hoàn thành bằng cách xoay đĩa Nipkow trong khi vẫn giữ yên các thành phần khác. Nó có thể được chụp ảnh cùng một lúc và tốc độ rất nhanh. Tuy nhiên, vì chùm tia tạo ảnh là ánh sáng lệch trục, nên quang sai lệch trục của thấu kính phải được hiệu chỉnh và tỷ lệ sử dụng năng lượng ánh sáng rất thấp.
