共聚焦显微镜控制系统研究

	共聚焦显微镜控制系统研究
	苗舒越
学位类型	硕士
导师	张运海
	2014-11
学位授予单位	中国科学院大学
学位专业	机械工程
关键词	激光扫描共聚焦显微镜控制系统 Arm Fpga 扫描振镜信号采集光谱成像
摘要	激光扫描共聚焦显微镜是目前研究亚微米细微结构的有效技术手段和必备的大型科学仪器，在生物和工业检测领域获得了普遍的应用，同时也是进一步研发STED等超分辨成像技术的基础。控制系统是保证共聚焦显微镜正常工作的关键，本文根据模块化原则，自顶向下地对激光扫描共聚焦显微镜的控制系统进行研究设计。中央控制单元采用ARM+FPGA的架构，主要对扫描控制、信号采集与光谱成像三个模块进行控制。扫描控制模块采用两个正交放置的振镜系统实现对样本平面的二维扫描，振镜控制电压通过DDS技术生成。在该模块中，本文提出了使用反正切振镜控制波形矫正扫描成像过程中非线性畸变的方法，并利用ARM、FPGA及DAC电路实现了反正切控制波形的生成。实验表明，该方法能够取代传统上使用f-θ透镜的矫正方法，降低了激光扫描共聚焦显微镜的系统成本。信号采集模块采用PMT作为微弱荧光信号的探测器，并设计了一套PMT输出信号的处理系统。在该模块中，本文提出了一种可控积分采样方法，对PMT的输出信号进行像素时间积分并采样。实验表明，该方法提高了信号的信噪比，显著改善了成像质量。同时，本文在FPGA中设计了同步信号逻辑单元，实现了积分控制信号、行同步信号、帧同步信号及采样控制信号的生成，从而完成了信号采集和扫描控制的硬件同步。光谱成像模块中，出射狭缝由两个安装在步进电机上的可移动缝片形成，通过伺服控制的方式，ARM芯片生成电机的驱动控制信号，并根据编码器和光耦开关提供的位置负反馈进行调整，以实现对于狭缝位置与宽度的精确设置，从而选通特定谱段荧光。实验表明，本文设计的光谱成像控制系统能够对缝片位置进行精确控制，实现了对样本中不同波段荧光成分进行成像的功能，扩大了激光扫描共聚焦显微镜的适用范围。本文设计的控制系统能够满足激光扫描共聚焦显微镜系统的成像要求，同时也为STED显微镜的研制打下了坚实的基础。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/44674
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	苗舒越. 共聚焦显微镜控制系统研究[D]. 中国科学院大学,2014.

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