光學共焦顯微鏡振鏡掃描策略研究.pdf

1、光學共焦顯微鏡以其特有的噪聲抑制特性和高軸向分辨力而廣泛應用于微結構表面形貌測量及生物樣品觀察，是最具影響力的測量儀器之一。目前，基于振鏡掃描的光學共焦顯微鏡采用的掃描策略是光柵式掃描策略，該掃描策略具有掃描運動重復性好、三維表面形貌測量數(shù)據(jù)重構容易的優(yōu)點。但是由于光柵式掃描策略采用的掃描控制波形是鋸齒波，導致掃描速度提高困難，并且在振鏡掃描運動中，振鏡加速度突然增加會對振鏡造成沖擊，損傷振鏡，減小振鏡使用壽命，從而導致系統(tǒng)可靠性提高困

2、難。光柵式掃描策略的掃描視場是方形的，而光學系統(tǒng)有效視場是圓形的，采用光柵式掃描策略存在著對于光學視場利用不充分的問題。
　　本課題針對上述問題開展了振鏡控制模型建立、光柵式掃描控制波形特點分析等工作，目的是提出能夠擴大掃描視場、提高掃描速度和系統(tǒng)可靠性的掃描策略，解決光柵式掃描策略存在的問題，為光學共焦顯微鏡振鏡掃描策略提供新思路。
　　本課題完成的主要內(nèi)容如下：
　?。?）完成了光學共焦顯微鏡三維掃描成像畸變分析。

3、依據(jù)光學共焦顯微成像原理，分析了基于檢流式振鏡光學共焦顯微鏡橫向掃描畸變產(chǎn)生的主要原因，即振鏡偏轉(zhuǎn)角度與掃描視場非線性映射關系。
　?。?）建立了檢流式振鏡系統(tǒng)控制模型。首先分析檢流式振鏡系統(tǒng)工作原理，基于對振鏡工作原理的分析建立了其控制模型，并用MATLAB進行仿真實驗，完成了振鏡系統(tǒng)動態(tài)特性分析。仿真實驗結果表明檢流式振鏡系統(tǒng)對正弦信號的跟蹤性能優(yōu)于鋸齒信號。然后針對光柵式掃描存在的問題，提出了圓周式掃描策略，實驗表明，圓周式

4、掃描策略掃描視場擴大了57％，數(shù)據(jù)有效利用率可達100%，掃描速度提高了9%，振鏡在掃描運動中，沒有沖擊產(chǎn)生，不會對振鏡造成損傷，因而提高了振鏡系統(tǒng)可靠性。
　?。?）設計并搭建了光學共焦顯微鏡振鏡掃描單元。首先完成了光學共焦顯微鏡振鏡掃描單元硬件設計，包括光路設計、機械設計及控制系統(tǒng)設計，并進行了安裝調(diào)試；然后使用LabVIEW軟件編寫了光學共焦顯微鏡測量軟件，包括三維掃描模塊、傾斜校正模塊、數(shù)據(jù)存儲與處理模塊及臺階高度計算模塊