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Konfokales Laserscanningmikroskop

Funktionsprinzipien von Laserscanningmikroskopen

Ein konfokales Laserscanningmikroskop ist ein Mikroskop, dessen Herzstück eine „konfokale Laser-Optik“ (konfokale Optik) bildet.

  • Konfokale Laser-Optik, für kontrastreiche Bilder
  • Zweidimensionale Abtastung liefert schichtweise Bilder, aus denen vollfokussierte („omnifokale“) Bilder erzeugt werden können.
  • Erkennung von Höheninformationen anhand der maximalen Helligkeiten entlang der optischen Achse

Dank der drei genannten Faktoren können die Benutzer zuverlässige, hochauflösende und kontrastreiche 3D-Bilder erfassen.

Konfokale Laser-Optik

Da die Beleuchtung nicht mit dem gewöhnlichen Licht eines optischen Mikroskops, sondern mit den kurzen Wellenlängen eines hochgradig linearen Laserstrahls erfolgt, kann das reflektierte Licht mit weniger Streulicht erfasst werden.

Bei einer konfokalen Laser-Optik von KEYENCE erfolgt die Erfassung des reflektierten Lichts durch eine Lochblende, um den Pfad des Lasers einzugrenzen und Streulicht zu vermindern. Diese Lochblende verringert den Lichtanteil, der zu Unschärfe führt (insbesondere das Licht, das von außerhalb der Fokusposition des Objektivs stammt), und ermöglicht so kontrastreiche und scharfe Betrachtungsbilder.

Bei der Konstruktion des konfokalen Laserscanningmikroskops wurden der Durchmesser der Lochblende und die Empfindlichkeit des Detektors so bemessen, dass sichergestellt ist, dass eine ausreichende Lichtmenge empfangen wird.

2D-Abtastung

Ein konfokales Laserscanningmikroskop führt eine 2D-Abtastung in X- und Y-Richtung durch, um ein flaches Bild des Messobjekts zu erfassen.

Für die 2D-Abtastung kommen zwei Verfahren in Frage.

Messobjektabtastung
  • Der Laserstrahl wird auf eine feste X-Y-Position emittiert. Das Messobjekt wird auf den XY-Objekttisch gelegt und dann abgetastet.
  • Man kann eine breite Palette von Bilderfassungen durchführen, aber die Größe des Messobjekts ist begrenzt, und der Zeitbedarf hängt von der Größe des Messobjekts ab.
  • Es lassen sich große Krümmungen an der Oberfläche des Messobjekts erfassen.
Laserabtastung
  • Eine Lasermechanik wird in X- und Y-Richtung bewegt, um das Messobjekt zweidimensional abzutasten.
  • Es lassen sich auch sehr feine Details erfassen.

Sobald die zweidimensionale Abtastung einer Höhenschicht abgeschlossen ist, wird das Messobjekt oder das Objektiv ein klein wenig entlang der Höhenachse verschoben, bevor die nächste Höhenschicht erfasst wird. Letztlich verwendet wird das hellste und schärfte Bild einer jeden Höhenschicht. Diese tomografischen Bilder können dann zu einem durchgehend scharfen („omnifokalen“) Gesamtbild zusammengefasst werden, das überall tiefenscharf ist.

Höheninformationen

Am Lichtaufnahmepunkt des optischen Mikroskops wurde ein Sensor installiert, um Höheninformationen zu erkennen.

Dieser Sensor erkennt Lichtschwankungen an der Bilderfassungsposition, und die Z-Position, an der das Licht die größte Helligkeit aufweist, wird als Höhe festgehalten.
Diese Höhendaten werden mit den optischen Bildern zusammengeführt, um ein dreidimensionales Bild der Oberfläche des Messobjekts zu erzeugen.