lní mikroskop LEXT OLS 3100

Moderní technologie ve studiu aplikované fyziky reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/07.0018.

Laserový rastrovací konfokální mikroskop LEXT OLS 3100

Hana Šebestová

Společ Společná laboratoř laboratoř optiky Univerzity Palacké Palackého a Fyziká Fyzikální lního ústavu Akademie vě věd České eské republiky 17. listopadu 50a, 772 07 Olomouc, hana.sebestova @upol. hana.sebestova@ upol.cz

Obsah 1. Laserová rastrovací konfokální mikroskopie 2. LEXT OLS 3100 3. Možné využití 4. Pořízení obrazu 5. Zobrazení 6. Filtrace 7. Analýza 8. Ukázky měření 9. Přednosti laserové rastrovací konfokální mikroskopie 10. Možná rozšíření LEXT OLS3100

2

1. Laserová rastrovací konfokální mikroskopie  

první konfokální rastrovací mikroskop - Marvin Minsky, 1957 LCSM běžně - konec 80. let 20. stol. – zdroj světla - laser



úzký laserový paprsek se přes objektiv s velkou aperturou zaměří na preparát



obraz se nevytváří najednou, ale bod po bodu - osvětlen je jen jeden bod, odražený signál prochází dírkovou clonu, umístěnou v konfokální rovině – odstraní se signál z mimoohniskových poloh → snímán fotodetektorem → obraz na monitoru



rozmítání laserového svazku zrcadly – řádkování → optický řez v dané rovině xy



přesně definovaný posuv v ose z + další řezy → složením vzniká 3D rekonstrukce

3

2. LEXT OLS 3100 

rezonanční snímač s galvanickým zrcadlem rychlé a přesné vykreslení obrazu v široké ploše



změna snímacího úhlu galvanického zrcadla → optický zoom (až 6x)

 

„autofocus“ „one push gain“ – optimalizace jasu



možnost využití laserového svazku společně s tradičními technikami pozorování ve světlém/tmavém poli, v polarizovaném světle a D.I.C. interferenční kontrast (zvýraznění jemných textur)



zobrazení vzorků ve třech rozměrech a ve skutečných barvách (kombinuje laserové 3D zobrazení s plnobarevným zobrazením ve světlém poli)



nedestruktivní zobrazování a submikronových povrchových struktur

měření 4

LEXT OLS 3100 

zvětšení 120x – 14 400x  (obj. 5x, 10x, 20x, 50x, 100x + 1x - 6x optický zoom)



garantované rozlišení 120 nm laterálně, 40 nm vertikálně

  

maximální velikost vzorku 100 mm x 150 mm maximální zdvih pro 3D měření 10 mm – možných 1000 řezů minimální krok pro měření v ose z 10 nm (obj. 100x)



velikost obrazu 2560 μm x 1920 μm (obj. 5x) až 128 μm x 96 μm (obj. 100x)

  

možné pozorování v reálných barvách bezkontaktní nedestruktivní měření vodivých i nevodivých materiálů nevyžaduje speciální přípravu vzorku

5

4. Možné využití 

2D měření a obrazová analýza - měření rozměrů - měření obsahů ploch - struktura materiálů - analýza částic a fází



3D rekonstrukce povrchu - zobrazení profilů - měření výšek, objemů a povrchů vybraných elementů - měření drsnosti - měření tloušťky vrstvy

 

Materiálový výzkum, metalografie - analýza výbrusů, hodnocení lomových ploch Morfologie povrchů, studium jemných struktur, povrchových defektů, vyhodnocení indentačních zkoušek Studium povlaků, nátěrů, oxidických vrstev - tloušťka, poréznost Studium tenkých vrstev - nečistoty, defekty, deformace, tloušťka Polovodiče - hodnocení kvality elektrických kontaktů Keramika - rozdělení velikostí a tvarů částic Textilní průmysl – měření barevnosti, průměru vlákna, studium nanesených vrstev Automobilový a letecký průmysl - kontrola výroby komponentů s velmi malou tolerancí přesnosti výroby (měření skutečných vzdáleností, objemů, ploch a průmětů) Studium chemických a biologických preparátů

      

6

5. Pořízení obrazu 

Volba zvě zvětšení ení



Zaostř Zaostření ení



Nastavení Nastavení jasu



Zadá eníí v ose z Zadání intervalu pro měř měřen



Zadá Zadání velikosti kroku v ose z – poč počet řezů ezů

7

6. Zobrazení  



2D – intenzitní intenzitní nebo výš výškový obraz, skuteč skutečné barvy 3D – povrch, textura, skuteč skutečné barvy, drá drátěný model, vrstevnice č-b obraz, pseudobarvy nebo skuteč skutečné barvy

8

7. Filtrace         

Spike Removal Smoothing Profile Shape Correction Surface/ Surface/Tilt Correction Height Noise Removal Edge Enhancement Contrast Enhancement FFT Digital Zoom



Noise Removal for Convexivity Noise Removal for Jagged Surface Noise Removal for Flat Surface Noise Removal for Semisphere

  

9

8. Analýza 

Distance/Area Measurement - vzdá vzdálenost dvou bodů bodů, dX, dX, dY, dY, dZ - velikost plochy



Line Width Measurement - měřen ěřeníí úseků seků (prů (průnik př přímky a profilu)

10

Analýza 



Geometric Analysis - XY, XZ a YZ profil - urč určení ení vzdá vzdálenosti, stř středu, polomě poloměru

polohy

Particle Analysis - analýza částic – plocha, povrch, objem, rozlož rozložení ení četnosti, % celé celé plochy… plochy…

11

Analýza 

Step measurement - měřen ěřeníí výš výšky



Volume Measurement měřen objemů objektů ěřeníí objemů objektů pod/nad zvolenou rovinou

12

Analýza 

Roughness Analysis - urč určení ení parametrů parametrů drsnosti z čáry nebo plochy - Rp, Rp, Rv, Rv, Rz, Rz, Ra, Ra, Rq… Rq…

! Nelze dle normy ISO 4288-1996 – měřená délka pro Ra = (0,1 – 2) μm > 5 x 800 μm  pro Ra = (0,1 - 0,3) μm ... obj. 100x... obraz (128 x 96) μm  pro Ra = (0,8 - 1,6) μm ... obj. 50x... obraz (320 x 240) μm  Objektivy s menším zvětšením – nedostatečné rozlišení - šum

! Použ Použitý filtr, objektiv – různé zné hodnoty parametrů parametrů ! Malá á plocha – v rů Malá měřen ěřená různých polohá polohách různé zné parametry drsnosti té téhož hož vzorku

13

9. Ukázky měření křemí emík - lom

14

Ukázky měření shluky nanotrubek

15

Ukázky měření

laserem př přetavený povrch ní nízkouhlí zkouhlíkové kové oceli

16

Ukázky měření

laserové texturování křemíku

17

Ukázky měření

část povrchu mince 18

Ukázky měření

část EPROM

19

Ukázky měření

muš muškátový oř oříšek íšek

20

Ukázky měření

špirlice bělolistá lolistá

21

Ukázky měření

rosnatka kapská kapská

22

Ukázky měření

Berkovichů Berkovichův hrot

23

Ukázky měření

tyvek

24

Ukázky měření drá drážky ve skle řezané ezané drá drátovou pilou

25

10. Přednosti laserové konfokální mikroskopie             

Vysoké axiální rozlišení při vysoké ostrosti obrazu Konstrukce 3D obrazů Bezkontaktní povrchová profilometrie (i málo odrazivých materiálů) Možnost snímání obrazu ve skutečných barvách Pozorování nevodivých materiálů Pozorování porézních materiálů Použití obrazové analýzy Využití klasických metod světelné mikroskopie (světlé, tmavé pole, nomarského diferenciální kontrast, fázový kontrast, polarizační filtry) Pozorování živých exemplářů bez nutnosti jejich usmrcení Nedochází k degradaci vzorku Jednoduchá výměna vzorku Snadná obsluha, opakovatelnost měření Možnost optických řezů a pozorování průhledných vzorků i pod povrchem



Přechod mezi optickou světelnou a elektronovou řádkovací mikroskopií

26

11. Možná rozšíření LEXT OLS 3100  

Modul pro měření tloušťky transparentní vrstvy – známe-li index lomu pro 408 nm Modul pro měření hrany – zvýraznění hran – mikroelektronika

 

Stolek s přesnými řízenými posuvy Modul pro skládání pořízených obrazů

27

Tato prezentace byla připravena za finanční podpory Evropského sociálního fondu v ČR v rámci projektu CZ.1.07/2.2.00/07.0018 „Moderní technologie ve studiu Aplikované fyziky“.

Děkuji Vám za pozornost.

28