مبادئ المجهر متحد البؤر
المجهر متحد البؤر هو أداة تصوير عالية الدقة ظهرت وتطورت في الثمانينيات ، وهي أداة بحث علمية أساسية لدراسة الهياكل دون الميكرون. مع تطور أجهزة الكمبيوتر وبرامج معالجة الصور والليزر ، خضعت المجاهر متحد البؤر أيضًا لتطور كبير ، وهي تستخدم الآن على نطاق واسع في مجالات علم الأحياء والأنظمة الدقيقة وقياس المواد. المجهر المتحد البؤر هو نوع جديد من المجهر يدمج مبدأ البؤر وتقنية المسح وتكنولوجيا معالجة رسومات الكمبيوتر. مزاياه الرئيسية هي: دقة جانبية عالية ودقة محورية عالية ، وإخماد فعال للضوء الشارد ، مع تباين عالٍ.
إعداد مجهر متحد البؤر النموذجي هو وضع فتحتين صغيرتين على المستوى المترافق للمستوى البؤري للكائن المقاس ، أحدهما يوضع أمام مصدر الضوء والآخر أمام الكاشف ، كما هو موضح في الشكل 1. يتضح من الشكل أنه عندما تكون العينة المقاسة في المستوى شبه البؤري ، تكون كثافة الضوء التي تم جمعها بواسطة طرف الكشف هي الأكبر ؛ عندما تكون العينة المقاسة في وضع خارج نطاق التركيز ، تنتشر بقعة الضوء في نهاية الكشف وتنخفض شدة الضوء بسرعة. لذلك ، يمكن فقط للضوء المنبعث من النقاط الموجودة على المستوى البؤري المرور عبر ثقب الخروج ، بينما يتم إلغاء تركيز الضوء المنبعث من نقاط خارج المستوى البؤري على مستوى الخروج ذي الثقب ، ولا يمكن لمعظمهم المرور عبر الثقب المركزي. لذلك ، تظهر نقطة هدف المراقبة على المستوى البؤري ساطعة ، وتظهر نقطة عدم المراقبة باللون الأسود كخلفية ، مما يزيد من التباين ويمسح الصورة. أثناء عملية التصوير ، يكون الثقبان متحد البؤر ، والنقطة البؤرية هي النقطة المكتشفة ، والمستوى الذي توجد فيه النقطة المكتشفة هو المستوى البؤري.
يلعب حجم الثقب في الكاشف في الفحص المجهري متحد البؤر دورًا مهمًا. إنه يؤثر بشكل مباشر على الدقة ونسبة الإشارة إلى الضوضاء للنظام. إذا كان الثقب كبيرًا جدًا ، فلن يتحقق تأثير الكشف البؤري ، والذي لا يقلل من دقة النظام فحسب ، بل ينتج أيضًا المزيد من الضوء الشارد ؛ إذا كان الثقب صغيرًا جدًا ، فسيؤدي ذلك إلى تقليل كفاءة الكشف وتقليل الصورة المجهرية. سطوع. أظهرت الدراسات أنه عندما يكون قطر الثقب مساويًا لقطر قرص Airy ، يتم استيفاء المتطلبات البؤرية ، ولا يتم تقليل كفاءة الكشف بشكل كبير. نظرًا لأن قطر الثقب يكون عمومًا بترتيب الميكرونات ، إذا كان هناك انحراف بين نقطة التركيز لشعاع الليزر وموضع الثقب ، فسيحدث تشويه للإشارة. لذلك ، تستخدم المجاهر متحد البؤر بشكل عام نظام ضبط تلقائي للصورة ، مما يزيد فعليًا من وقت القياس.
نظرًا لأن مجهر المسح بالليزر متحد البؤر هو تصوير نقطي ، من أجل الحصول على صورة ثنائية الأبعاد للكائن ، من الضروري استخدام المسح ثنائي الأبعاد في الاتجاهين x و y. تستخدم المجاهر المختلفة طرق مسح مختلفة:
(1) مسح الكائن. أي أن الكائن نفسه يتحرك وفقًا لقانون معين ، بينما يظل شعاع الضوء دون تغيير. المزايا: مسار بصري مستقر. العيوب: مطلوب جدول مسح كبير ، لذا فإن سرعة المسح محدودة للغاية.
(2) يتكون نظام مسح الشعاع باستخدام مقياس الجلفانومتر العاكس. أي بالتحكم في الجلفانومتر المسح ، تنعكس بقعة الضوء المركزة بانتظام على طبقة معينة من الجسم لإكمال المسح ثنائي الأبعاد. ميزتها أنها ذات دقة عالية وغالبًا ما تستخدم للقياس عالي الدقة. تحسنت سرعة المسح مقارنةً بمسح الكائن ، لكنها لا تزال غير سريعة.
(3) استخدم عنصر الانحراف الصوتي البصري للمسح ، ويتحقق المسح عن طريق تغيير تردد خرج الموجة الصوتية ثم تغيير اتجاه إرسال الموجة الضوئية. ميزته البارزة هي أن سرعة المسح سريعة للغاية. يستخدم نظام المسح الذي طورته الولايات المتحدة عاكسًا صوتيًا بصريًا لتوليد صور فيديو في الوقت الفعلي. لا يستغرق الأمر سوى 1/30 ثانية لمسح صورة ثنائية الأبعاد ، ويكاد يحقق إخراجًا في الوقت الفعلي.
(4) فحص قرص Nipkow. تكتمل عملية المسح بتدوير قرص Nipkow مع الحفاظ على المكونات الأخرى ثابتة. يمكن تصويره في وقت واحد وسرعته سريعة جدا. ومع ذلك ، نظرًا لأن شعاع التصوير هو ضوء خارج المحور ، فيجب تصحيح الانحراف عن المحور للعدسة ، ومعدل استخدام الطاقة الضوئية منخفض جدًا.
