Focus-Variation Forum

Mikroskopia różnicowania ogniskowego  (z j. ang. focus variation microscopy) polega na wykorzystaniu ostrości obrazu powierzchni (lub innej właściwości światła odbitego przy najlepszym zogniskowaniu) w mikroskopie optycznym do oceny wysokości nierówności powierzchni. Metoda uzyskiwania obrazu za pomocą różnicowania ogniskowego bywa nazywana metodą uzyskiwania kształtu z ogniska (z j. ang. shape from ita_focus) i oznaczana skrótem SFF. Przedmiot mierzony oświetlany jest światłem o odpowiedniej modulacji, transmitowanym przez optykę i ogniskowanym na powierzchni. Światło odbite przez nią wraca przez układ optyczny i dociera do detektora cyfrowego wyszukującego wiązkę zogniskowaną. Obraz powierzchni kształtowany jest przez system optyczny pozwalający uzyskać zarówno informacje fotometryczne (jasność, kolor itp.) jak i geometryczne (odległości, kształt). Integralną cechą metody jest występowanie powierzchni ogniskowania obrazu (z j. ang. focused image surface) czyli FIS, określanej jako powierzchnia utworzona przez zbiór punktów, dla których obiektyw kamery pozwala uzyskać skupienie wiązki świetlnej. Zgodnie z zasadami i teorią optyki geometrycznej występuje bezpośredni związek pomiędzy kształtem obiektu rzeczywistego i kształtem jego powierzchni ogniskowania obrazu, co umożliwia uzyskanie kształtu powierzchni przedmiotu (lub jego nierówności) z kształtu FIS.

Głównym elementem systemu pomiarowego opartego o mikroskopię różnicowania ogniskowego jest układ optyczny zaczerpnięty z mikroskopu, który można wyposażyć w różne obiektywy, pozwalające na pomiary z różną rozdzielczością. Światło ze źródła przechodzi przez drogę optyczną i pada na powierzchnię mierzonego przedmiotu. Zależnie od jego topografii wiązka odbita rozprasza się na różne kierunki. Wszystkie promienie wracające od powierzchni i docierające do obiektywu są zbierane w układzie optycznym przez detektor. Ze względu na bardzo małą głębokość ogniskowania układu optycznego tylko mały fragment obiektu ma obraz ostry (w ognisku) i tylko ta część obrazu wykorzystywana jest do dalszego przetwarzania. Całość kształtu uzyskuje się przez skanowanie pionowe powierzchni (zmiana odległości pomiędzy obiektywem a detektorem) i sukcesywne uzupełnienie obszarów, w których poprzednio nie uzyskano ogniskowania. Każdy region obiektu ma obraz w ognisku w jednym położeniu pionowym skanera. Zebrane dane z obrazów przetwarzane są na widok trójwymiarowy. Mikroskop różnicowania ogniskowego umożliwia zatem rekonstrukcję topografii powierzchni z obrazów 2D zarejestrowanych pomiędzy najniższym i najwyższym punktem ogniskowania. System pomiarowy jest przy tym mikroskopem optycznym, a więc wszystkie obrazy mierzonego przedmiotu są kolorowe.