您的激光共聚焦显微镜测量是否值得信赖？使用9点测量测试进行自我验证
激光扫描共聚焦显微镜（SLCM）已成为研究实验室和制造生产线中流行的检测工具。SLCM使用405 nm激光光源，结合高分辨率的水平（XY ~200 nm）和垂直（Z ~10 nm）信息，可在几秒钟内创建三维（3D）图像。SLCM的测量范围与光学显微镜（OLM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）重叠。此外，最大限度地降低了样品制备要求，显微镜可以容纳各种形状（包括大尺寸）的样品。SLCM无需耗材，且系统维护最少。所有这些优点使SLCM成为有益的检测工具。下表总结这四种技术之间的区别。
比较激光扫描共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜
| SLCM | SEM | AFM | OLM | |
|---|---|---|---|---|
| 样品准备 | 否 | 是 | 是 | 否 |
| 3D图像 | 是 | 否 | 是 | 否 |
| 耗材 | 否 | 否 | 是 | 否 |
| XY轴分辨率 | ~100 nm | 10 nm | 0.1 nm | ~300 nm |
| Z轴分辨率 | ~10 nm | 不适用 | 0.1 nm | 不适用 |
| 真空 | 否 | 是 | 否 | 否 |
| 成像速度 | 迅速 | 迅速 | 较慢 | 迅速 |
作为一种高分辨率计量技术，SLCM在整个视场中均具有高精度和可重复性。确认系统的准确性和可重复性的一种方法是定期获取校准证书，通常是每年一次。通常情况下，这需要您让A2LA认证服务工程师使用NIST可追溯校准标准测试仪器。但是，您可通过一种简单的方法每周或每月验证一次系统状态，这种方法是简单的9点测量测试（图1）。
图1. 在视场范围内的9个点处测量特征，以确保测量的可靠性。蓝点表示每次测量的位置。
方法很简单。首先，选择易于识别的特征或已知样品。如图1所示，在视场内的9个不同位置测量特征。记录数据并在完全相同的位置再次进行测量。如果系统的球面畸变在整个视场中得以妥善校准，则所有数据均应保持一致，且变化不大。
这是使用我们的LEXT OLS5000激光扫描共聚焦显微镜的示例。我们使用带点蚀的钢板（图2a），但如果可能的话，我们建议您使用标准校准样品。我们测量点蚀最深位置的深度（图2b）。然后，我们将点蚀移至显微镜视场内的9个不同位置，并在每个位置进行相同的测量。平均深度为6.976 µm，最小和最大深度之差为0.267 µm。标准偏差为9.6％，表明该系统提供准确、可重复的测量结果。
 （a） |  （b） |
图2. （a）钢样品上的点蚀和（b）边缘上的最高点和点蚀中最深点之间的测量值显示图。
为演示使用正确光学元件的重要性，我们将OLS5000显微镜附带的测量专用50X LEXT物镜替换为非奥林巴斯成品物镜。测量差异从0.267 µm跃升至0.911 µm，标准偏差一路升至34.7％！相同特征的测量结果有着如此显著的变化，表明现成的物镜产生了不可靠的数据。这些结果对于大多数计量实验室而言无法接受，并证明这一快速检测对于确保系统性能很重要。
 （a） |  （b） |
图3. （a）使用奥林巴斯LEXT专用物镜的高度数据（b）和使用非奥林巴斯通用型现成物镜的高度数据。
在研究和制造的计量学应用中，测量准确性和可重复性至关重要。虽然每年对系统进行一次专业验证是个谨慎的做法，但每周或每月进行一次并不实际。幸运的是，此处演示的9点测量技术是一种非常迅速方便的方法来确认您的系统仍能交付一致的信息。将其添加为系统自验证标准过程的一部分可能会很有用，可帮助预防数据发生重大变化。此外，该测试还证明选择可与激光共聚焦扫描显微镜配合使用的高质量物镜很重要。
