✨Kính hiển vi đồng tiêu

nhỏ|299x299px|Cấu tạo và nguyên lý làm việc của kính hiển vi đồng tiêu Kính hiển vi đồng tiêu, hay kính hiển vi quét laser đồng tiêu, là một kỹ thuật hiển vi quang học mà ở đó độ phân giải và tương phản của ảnh được tăng cường bằng cách sử dụng một hệ khẩu độ (dạng lỗ tròn - pinhole) để loại bỏ các chùm tia đến từ các mặt phẳng ngoài tiêu điểm ảnh trong quá trình tạo ảnh. Kỹ thuật này sẽ ghi nhận ảnh của từng điểm ảnh trên mẫu vật và phục dựng lại ảnh (có thể ở nhiều độ sâu khác nhau) để có thể tạo ra ảnh 2 chiều hoặc 3 chiều của mẫu vật.

Đây là một kỹ thuật tạo ảnh được sử dụng phổ biến trong cả nghiên cứu khoa học và công nghiệp, bao gồm trong khoa học sự sống, khoa học vật liệu hay kiểm tra không phá hủy trong công nghiệp bán dẫn.

Lịch sử phát triển và nguyên lý thiết bị

Khái niệm về hệ quang học đồng tiêu lần đầu tiên được đề cập bởi Hans Goldmann với hệ đèn chưa các khe hẹp để kiểm tra mắt. Hệ quang học được phát triển bởi Zyun Koana vào năm 1943. Vào năm 1951, Hiroto Naora, một đồng nghiệp của Koana, lần đầu tiên đề xuất khái niệm về kính hiển vi đồng tiêu trong một công trình công bố trên tạp chí Science.

Kính hiển vi đồng tiêu lần đầu tiên được phát minh bởi Marvin Minsky vào thập niên 1950 với phát minh được cấp bằng sáng chế vào năm 1957. Thiết bị này được xây dựng nhằm vượt qua những hạn chế mà kính hiển vi huỳnh quang mắc phải: toàn thể ánh sáng huỳnh quang từ mẫu vật được ghi nhận, bao gồm cả những phần không nằm trong mặt phẳng nét của ảnh do đó ảnh tạo ra có độ sắc nét và phân giải không đủ tốt.nhỏ|291x291px|Thiết kế kính hiển vi đồng tiêu đầu tiên của Minsky năm 1957.Kính hiển vi đồng tiêu khắc phục điểm yếu này bằng cách sử dụng một chùm sáng hội tụ qua một lỗ khẩu độ nhỏ, và ghi lại các chùm sáng phát ra từ vật mẫu được hội tụ qua một lỗ khẩu độ khác nằm tại mặt phẳng ảnh của vật kính - khẩu độ đồng tiêu. Khẩu độ đồng tiêu này cho phép chỉ thu lại các chùm sáng phát ra từ đúng vị trí ảnh được lấy nét (do các chùm sáng đến từ các mặt phẳng ở ngoài vị trí này sẽ bị loại bỏ). Nhờ vật mà ảnh của từng điểm khác nhau trên vật mẫu sẽ được tạo ra một cách sắc nét và ghi nhận. Bằng cách ghi nhận từng điểm ảnh (khi chùm sáng quét trên vật mẫu), ảnh của toàn bộ mẫu vật sẽ được xây dựng. và tiếp tục được hoàn thiện bởi Paul Davidovits năm 1971.

Các kỹ thuật đồng tiêu

Kính hiển vi đồng tiêu có nhiều kiểu thiết kế khác nhau, chủ yếu nằm ở kỹ thuật quét chùm tia laser trên mẫu. Thiết kế nguyên bản của Minsky có hệ quang học tĩnh còn mẫu được di chuyển bên dưới chùm tia laser. Thiết kế này có ưu điểm là mọi điểm ảnh đều có cùng tính chất quang học, và ảnh tạo ra rìa sắc nét, nhưng lại có một điểm yếu cố hữu là đòi hỏi một giá mẫu với thiết kế cơ học tinh vi (nhằm di chuyển mẫu dễ dàng). Thiết kế kiểu này ngày nay đã ít được sử dụng và hầu hết các thiết kế ngày nay đều dựa trên việc quét chùm tia laser (hệ quang học động).

Đây là kỹ thuật đồng tiêu phổ biến nhất trong các thiết bị thương phẩm hiện nay, với điểm mạnh là chụp ảnh có độ phân giải cao, chụp cắt lớp, dễ dàng tạo ảnh 3 chiều (hay thậm chí 4 chiều - 3 chiều trong thời gian thực) và cho ảnh màu khá trung thực.

Ứng dụng

Kính hiển vi đồng tiêu là kỹ thuật được đặc biệt yêu thích trong các nghiên cứu về khoa học sự sống nhờ khả năng tạo ảnh với độ phân giải cao và chất lượng hình ảnh cao.

Kỹ thuật này cũng được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về bán dẫn và khoa học vật liệu nhờ khả năng chụp ảnh không phá hủy và quan sát cấu trúc tế vi 3 chiều ở kích thước rộng. Đối với các lĩnh vực này, kính hiển vi chỉ cần ghi nhận ánh sáng phản xạ lại từ bề mặt mẫu, và cho phép tạo ảnh có độ tương phản cũng như sắc nét chính xác trên từng điểm ảnh. Lúc này, các thiết bị hiển vi đồng tiêu còn đóng vai trò như một hệ đo lường quang học với độ chính xác cao.