レーザー顕微鏡

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＜レーザー顕微鏡の特徴＞

レーザー顕微鏡は医学・生理学用と、工業用の主に２つに分類されます。
医学・生理学用では、細胞に蛍光ラベルをつけて観察する蛍光顕微鏡が中心で、レーザー光源が何種類か搭載されているものが一般的で、観察したい細胞内物質に蛍光ラベルし、観察します。
一方、精密電子機器の微細な電子部品や、様々な産業分野で使用される機能性素材の計測を、大気中で非接触の状態で高分解能・高精度で行えるのが工業用レーザー顕微鏡です。レーザー光軸方向の情報と、2次元走査を組み合わせて、精度の高い3次元測定が可能です。
工業用レーザー顕微鏡では、レーザーを光源として非接触でサンプルの表面粗さを測定できるので、接触式の粗さ計では困難であった形状や材質のサンプルでも測定が可能になります。従来の粗さ計の探針よりも小さいレーザー径での測定になるので、より微細な凹凸を検出します。また、接触式粗さ計では探針を測定者が操作しなければならないのに対し、レーザー顕微鏡はサンプルをステージに乗せるだけで計測できるので、測定者による結果のばらつきも抑えることができます。
レーザー光軸方向の複数層の焦点位置を計測することで膜厚を測定することもでき、サンプルが透明な場合は、サンプル部分とサンプル下層の反射光の差を検出して膜厚を測定することが可能です。

＜レーザー顕微鏡の原理＞

レーザー顕微鏡の像形成には、共焦点レーザー光学系と2次元走査系が重要な役割を果たします。共焦点レーザー光学系が垂直方向に、2次元走査系が水平方向にそれぞれ分解能を持つので、全ての位置で焦点の合ったエクステンドフォーカス画像が得られます。
レーザー顕微鏡は、通常の光学顕微鏡と比較して、直進性の高い短波長レーザー光による点光源から、サンプルへのピンポイントな光照射をするので、無駄な散乱光が入らず、コントラストが向上します。これに加えて、一般的には共焦点光学系を基本とし、共焦点位置に設置されたピンホールが不要な散乱光をカットするので、焦点位置で高コントラスト高解像度の像が得られます。このピンホールを通った焦点像の情報のみが検出器で検出されます。ピンホールの径と、検出器の感度が光学系の設計においては重要な役割を担っています。
2次元走査は、サンプル走査式と、レーザー走査式があります。サンプル走査式では、サンプルステージを動かすので光学系の走査が必要なく設定が簡単で、広範囲に渡っての観察が可能ですので、サンプル表面の大きなうねりを観察したい場合は有効ですが、スキャンに時間がかかるというデメリットがあります。レーザー走査式では、サンプル上でx、y軸方向それぞれにレーザーを走査します。走査範囲は限定的ですが、微細形状の観察が可能なので、工業用ではレーザー走査式が選択されることが多いです。
さらに、検出器には結像位置での光量の変化を感知するセンサーがついており、その位置での輝度の大きさを高さ情報として検出します。
光学系と2次元走査で得られた平面焦点画像と、高さ情報を組み合わせることにより、3次元画像形成が可能となっています。
医学・生理学用のレーザー蛍光顕微鏡では、異なる波長のレーザーを搭載しているので、レーザーによって波長が異なり、それによって励起される蛍光も異なってくるので、複数組み合わせての観察・解析が可能になります。

可能な実験例

○半導体の測定

デバイスの性能を左右する静電ミラーアレイ用電極基盤の3次元形状測定や、透明なマイクロレンズでも、表面の僅かな反射率を検出できるので測定可能です。

○電子部品の評価

フレキシブル基盤のコネクタ部分のラッチ部の形状や、接続時の状態を正確に測定できるので、電子機器の信頼性を評価することができます。

○機能性素材の測定

塗料や粘着テープのように粘性があるもの、繊維などの軟性があるもの、ゴムなどのように弾性があるものでも非接触での表面測定が可能です。

○細胞内物質の挙動観察（医学・生理学用）

一つの細胞内物質が刺激を受けた時に、他の細胞内物質がどう挙動するかを観察することができます。


※組織により上記実験ができない場合がございます。