PureFocus850如何提升工业显微镜性能
17.02.25
工业显微镜需要更高的精度、更快的速度和更强的适应性来应对现代化工作流程中面临的挑战。从品控到样品分析应用，稳定对焦都是决定成像好坏的关键。
本博客将阐述PureFocus850激光自动对焦系统在工业显微镜中的应用优势。本文是PureFocus850系列博客“三部曲”的终章，主要介绍这款适应性极好的硬件自动对焦系统如何利用波长为850nm的激光来精准对焦各种显微镜样品。
- 首篇介绍了PureFocus850在生命科学领域的应用。
- 第二篇则探讨了PureFocus850在更高级显微技术中的应用，包括偏光显微镜和微分干涉相衬 (DIC) 显微镜。
接下来，我们将阐述PureFocus850的独特功能如何解决当下工业领域的日常挑战。
工业显微镜中的反射光技术
反射光显微镜的原理是将光源投射到样品表面，然后利用反射信号成像。在工业显微镜应用中，成像通常使用显微镜相机进行数字分析，或遵循传统惯例，由操作人员通过目镜直接观察样品。PureFocus850可大幅优化和精简各种反射光成像技术，比如缩短多达95%的样品扫描时间，在高倍率手动检查时保持稳定对焦。
反射式明场成像
作为最基础的反射光显微技术明，明场成像利用白光从上方照亮样品，然后通过反射信号揭示表面细节。在工业应用中，该方法像常用于检测金属电子元件等材料。
针对不同应用，可选用不同倍率和数值孔径 (NA) 的物镜，以实现更高分辨率或更大视场的成像。这需要改变样品的白光照明强度及PureFocus850激光的能量输出。PureFocus850通过存储不同物镜的自动对焦参数，大幅简化了操作流程，为用户提供以下优势：
- 减少繁琐且易出错的手动调整
- 在高/低倍镜之间平稳切换
- 提高批量处理的效率
总言之，PureFocus850可帮助执行故障分析和缺陷检测等任务的工业用户缩短停机时间、提高效率。
LCD屏通常由多层结构组成，且每一层都可能存在缺陷，反射率也有强有弱。采用明场成像检测时，可在样品内形成多个反射层，而PureFocus850能锁定所有这些反射层。为了保持稳定对焦，PureFocus850提供了三种解决方案：
- 界面检测：PureFocus850可根据检测到的信号形态识别样品中的正确界面。
- 界面校正：PureFocus850通过运行预设校正流程在锁定焦点前定位正确界面。
- 调整PureFocus传感区域：排除来自非目标界面的干扰反射。
反射式暗场成像
暗场显微镜是检测表面缺陷（如划痕）的重要技术之一。这种方法须以极端角度照射样品表面并结合特制物镜来实现。检测时，直接反射的光线无法进入物镜，而表面凹坑、划痕及其它特征造成的散射光线则会回到显微光路中，从而在黑色背景上清晰显示出缺陷。反射式明场成像难以分辨的微小缺陷，在暗场照明下可能变得非常明显。
该技术在很多行业中都非常实用，能早期识别表面缺陷，有效规避代价高昂的成品故障。PureFocus850的线模式能在不平整表面上保持稳定对焦，确保在整个检测过程稳定成像。它通过检测整个视野范围内的信号来确定所有焦点，并在平均化局部表面形态变化后确定最佳焦点。
在半导体晶圆检测中，表面缺陷很常见。但此类样品通常极其昂贵，稍有操作失误就可能造成重大经济损失。PureFocus850能在物镜和样品之间保持固定距离，有效防止样品损坏。不仅如此，PureFocus850还具备动态软件限位功能，即确保物镜仅在预设范围内移动，避免因检测信号变化而导致物镜过度调整。
工业应用中的荧光显微技术
荧光显微镜虽然更常用于生命科学领域，但工业用例也不少，比如皮肤或毛发等有机材料就会发出荧光。鉴于此，在微处理器晶圆制造过程中，质量控制团队利用荧光成像快速检测污染物。PureFocus850的独特设计可使荧光成像中常用的激发波长和发射波长（从近紫外800nm）通过系统，且能最大限度减少信号损失。
工业中的高级成像技术
PureFocus850还可用于更专业的工业成像应用，比如偏光显微镜和微分干涉相衬 (DIC) 显微镜。
偏光显微镜
偏光显微技术采用滤光技术仅允许特定偏振方向的光通过样品。这一技术广泛应用于材料研究，比如石墨烯、矿物样品和药物化合物的研究分析。以石墨烯为例，它可通过圆偏振光轻松观察到，而在传统反射式明场显微镜下几乎无法成像。只要PureFocus850的激光未被偏光片阻挡，它就能自动对焦这些样品。
地质样品通常由多种材料组成，而偏振光可用于定量分析不同晶体结构的相对成分。但由于不同材料的反射率差异较大，稳定对焦颇具挑战。高反射率材料可能会导致PureFocus850 传感器过饱和；而低反射率材料可能无法提供足够的信号，使自动对焦难以锁定最佳焦点。
PureFocus850的动态激光功率调节功能可根据不同材料的反射率调整激光强度，使得检测信号始终保持在设定范围内。这样不仅可确保扫描精度不受材料变化影响，还能提高成像效率，避免不必要的调焦，从而保护样品和显微镜。
微分干涉相衬 (DIC) 显微镜
DIC显微镜结合了偏光与相衬技术，可突出显示样品的结构变化，特别适用于不平整表面或考古文物的成像。
PureFocus850的线模式类似于暗场显微技术，能对视场内的焦点进行平均化处理，防止局部表面形态变化（比如使用DIC检测的那些）影响对焦效果。这样有助于：稳定成像，减少因样品高度变化导致的误差；节省时间，避免频繁调焦；减小不同操作人员导致的不确定性。
PureFocus850在工业显微镜中的应用
PureFocus850专为应对工业显微镜中的实际挑战而设计，可提供多项重要优势：
- PureFocus850的实时调整功能可确保稳定对焦，减少误差。
- 检测具有多个反射层的样品时，PureFocus850的界面探测功能可自动识别目标表面，自动校正焦点，从而避免耗时的重新校准，提高成像效率。
- PureFocus850的多种对焦模式可满足不同应用场景：
• 点模式：单点对焦，适用于生物样品。
• 线模式：平均化整个视场范围内的焦点，确保稳定对焦不平整的工业样品。
这使得PureFocus850在不同样品类型、不同成像方式和不同使用环境应用中都能表现卓越。
行业真实应用案例
PureFocus850已成功应用于多个行业，助力改善显微镜成像的工作流程。如我们所知，工业显微镜面临的一些常见挑战包括：
- 样品表面不均匀，存在污染或缺陷；
- 稳定对焦不同材料表面；
- 加快批量处理，提高检测可靠性。
PureFocus850可自动适应这些技术挑战，为用户提供一致、清晰、精准的对焦效果，即使是在严苛工业环境下也不例外。比如，一家客户使用PureFocus850将检测时间从7小时缩短到30分钟，将检测效率提高了95%。
另一个案例中，瑞典查尔姆斯理工大学的纳米制造实验亟需一款自动对焦系统来支持研究实验。主要项目挑战包括：结合明场和暗场显微镜进行检测；在现有显微镜基础上改造，避免更换整套设备的高昂成本。
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