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高速3D激光共聚焦顯微鏡是一種高速共聚焦激光掃描顯微鏡，可用于精確可靠的三維（3D）測(cè)量。實(shí)時(shí)共聚焦顯微鏡圖像可以通過快速光學(xué)掃描模塊和信號(hào)處理算法實(shí)現(xiàn)。這是一種很有前景的解決方案，可用于測(cè)量和檢查半導(dǎo)體晶圓、FPD產(chǎn)品、MEMS器件、玻璃基板和材料表面等微3D結(jié)構(gòu)，并通過快速光學(xué)掃描模塊和信號(hào)處理算法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共聚焦微圖像。
高速3D激光共聚焦顯微鏡用點(diǎn)光源照射試樣，在焦平面上形成輪廓清晰的小光斑。光斑照射后發(fā)出的熒光被物鏡收集，沿原照射光路送回由雙向色鏡組成的分光鏡。光譜儀將熒光直接發(fā)送到檢測(cè)器。光源和探測(cè)器前面有一個(gè)針孔，分別稱為照明針孔和檢測(cè)針孔。兩者的幾何尺寸相同，約100-200納米；與焦平面上的光斑相比，兩者是共軛的，即光斑可以通過一系列透鏡同時(shí)聚焦在照明針孔和檢測(cè)針孔上。這樣，來自焦平面的光可以會(huì)聚在檢測(cè)孔范圍內(nèi)，而來自焦平面上方或下方的散射光被阻擋在檢測(cè)孔之外而無法成像。激光逐點(diǎn)掃描樣本，檢測(cè)到針孔后的光電倍增管也逐點(diǎn)獲得相應(yīng)光點(diǎn)的共焦圖像，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)。最后，整個(gè)焦平面的清晰共焦圖像聚集在屏幕上。
每個(gè)焦平面圖像實(shí)際上是樣品的光學(xué)橫截面，這種光學(xué)截面總是具有一定的厚度，也稱為光學(xué)片。由于焦點(diǎn)處的光強(qiáng)遠(yuǎn)大于非焦點(diǎn)處的光強(qiáng)，且非焦平面光被針孔過濾，因此共焦系統(tǒng)的景深近似為零。沿z軸掃描可實(shí)現(xiàn)光學(xué)斷層掃描，并在待觀察樣品的焦斑處形成二維光學(xué)切片。將X-Y平面（焦平面）掃描與z軸（光軸）掃描相結(jié)合，將連續(xù)層次的二維圖像進(jìn)行累加，經(jīng)專用計(jì)算機(jī)軟件處理，即可得到樣品的三維圖像。即檢測(cè)針孔和光源針孔始終聚焦在同一點(diǎn)上，使得聚焦平面外激發(fā)的熒光無法進(jìn)入檢測(cè)針孔。
高速3D激光共聚焦顯微鏡工作原理的簡(jiǎn)單表述就是以激光為光源，在傳統(tǒng)熒光顯微鏡成像的基礎(chǔ)上增加激光掃描裝置和共軛聚焦裝置，進(jìn)行數(shù)字圖像采集和處理，系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)控制。
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