全焦点顕微鏡と共焦点顕微鏡

全焦点とは文字通り全てに焦点があっている状態のことであり、つまり人の目のようなものを全焦点という。
手前の物にも奥のものにも焦点が合って見えている。
これを顕微鏡に当てはめれば、z軸方向の全てに焦点が合っている、つまり3D画像として得られるものを全焦点と呼ぶ。
故に3Dとして得るためには各地点における焦点を合わせなくてはならない。
定まった地点に対して光の焦点を合わせるには「レンズを移動させる」「レンズを換える」「飛ばす光の波長を変える」などの方法がある。
ただ、高精度になるほどレンズは大きくなるから、レンズを換えてしまうのは難しい。
また、波長を変えるのは受光器との絡みがある。
現在の光学顕微鏡は主にレンズを移動させて焦点距離を合わせているようである。
上下にレンズを移動させて焦点が合った光の反射を受け取って高さデータを得る。
ここで飛ばす光によって二種類がメインとなる。
一つは共焦点顕微鏡であり、もう一つは白色干渉計である。
共焦点顕微鏡は共焦点レーザー顕微鏡とも呼ぶように、試料の一点に焦点を絞ってレーザーを当てる。
この反射を受け取って3次元構造を構築する。
もうひとつの通常の顕微鏡は試料全体に均一に光を照射して全体の蛍光像を得る。
用いられる光は白色光が多い。
なぜかといえば白色は赤から紫の可視光線すべてが含まれているために干渉縞の発生範囲が狭いからである。
この白色光を当てて返ってきた光の干渉縞を検知してその発生の時間差から高さ情報を算出する。
単色光を用いた位相測定干渉計は干渉縞の強度変化が光源波長に比例した周期をもつことを前提としているので、波長オーダを超える段差の測定ができない。
白色光は複数の波長の光が混在しているので、複数の波長における位相情報を得ることができる。
レーザーと白色光の特徴
  • レーザー顕微鏡の焦点深度は対物レンズの倍率に依存する
  • 測定視野範囲は対物レンズで決定される
  • 白色干渉計の可干渉深度は光源に依存し、対物レンズには依存しないので低倍率でも測定感度は落ちない
  • レーザー顕微鏡は短波長レーザーを用いることで白色光よりも高解像度を得られる(波長が短いほど解像度が高まる)
  • 白色光源は可視光すべてを含むので高い解像度は得られない
  • レーザー光から得られる情報は反射光量による高さ情報のみであり、色情報は得られない
  • 故に色を得る場合には別個にその高さ情報におけるカラー情報をCCDカメラなどを設けて得る必要がある
  • レーザー顕微鏡は返ってきた光量によって最も合った焦点深度を検出する
  • 故に当然、急斜面や低反射率の面では戻ってくる光量は減ることになる(減ってもピークが分かれば測定できる)
  • 白色干渉計は白色干渉によって光強度のピーク位置を求める
顕微鏡
  • 明視野顕微鏡(普通顕微鏡)
  • 位相差顕微鏡
  • 微分干渉顕微鏡
  • 暗視野顕微鏡
  • 偏光顕微鏡
  • 蛍光顕微鏡
微分干渉顕微鏡
  • プリズムを利用して直線偏光から直交する二つの偏光を発生させて被写体に浸透させ、生じた光路差の違いから位相差に応じて生じる干渉の濃淡を検出する
  • 光路差の波長により最も明るくなる部分と最も暗くなる部分ではひとるの濃淡の稿で数百ナノメータの高低差を観察することが可能。
    一般的な明視野ではコントラストのつかない、なだらかなうねりに有効
偏光顕微鏡
  • 自然光はあらゆる方向に振動、偏光は一平面上で振動→表面反射が防止できる
通常光
  • 周波数は幅が広い、強度は低い
  • 進行方向がそれぞれ異なる光を複数発しているのでレンズで一点に集めることはできない
  • 故に蛍光灯の光をレンズで収光して焦点を結べば蛍光灯の形が写し出される
レーザー
  • 周波数は狭い、強度は強い
  • レーザーの場合、同じ光源から出る光は波長や位相が同じなので、レンズで一点に集めることができ、全ての波が打ち消しあうことなく加算されて強度な光となる
  • レーザーで読み取る場合、一平面をxy軸に分割して(ピクセル)そこに関する反射光情報を得る
  • 一平面の大きさはレンズの性能による
  • ピクセルの大きさを決定づけるのはレーザーの波長(短波長であればあるほど細かく分割できる)
レーザーとCD読み取り機構
  • レーザー顕微鏡の機構とCD読み取りの機構はほとんど同じでどちらも帰ってくる光量をみる
  • CD読み取りは反射を取得して凸(データのある場所)があるかないかを調べる
  • レーザー顕微鏡の場合は焦点が合うか合わないかを調べる
  • CDは各凸の間隔より狭く、一つの凸よりも広いレーザー光を当てる
  • 返ってくるレーザー光量が多ければ平面、少なくなっていれば凸部なのでデータが存在するとわかる
  • レーザー顕微鏡の場合は焦点の合ったところが一番反射光の量が多くなるので、ピークの違いを読み取る
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