共振扫描共聚焦显微镜变焦

2022-11-04 14:54:11 浏览:404

前言

与转盘、扫场和基于多边形的旋转显微镜的情况不同,共振扫描激光共聚焦显微镜能够通过使用多功能共聚焦变焦功能在不改变物镜的情况下改变放大倍率。变焦控制的物理基础包括改变水平谐振振镜扫描镜和垂直线性振镜的旋转角度。较小的扫描角度减少了被扫描标本的面积,同时保持相同的像素数,从而有效地提供所选标本细节的放大图像。

 
 
 

 

教程说明

本教程使用窗口左侧所示的共振扫描共聚焦显微镜变焦光学系统的示意图以及右侧所示的标本窗口和朗池光栅进行初始化。像素时钟激光器发出的光从谐振振镜的后表面反射,并在反射镜振荡时聚焦在朗奇光栅上。光栅散射的光由扩束透镜收集并定向到光电二极管检测器。要操作本教程,请使用缩放放大率滑块将Ronchi 光栅盘旋转到更高的缩放值,并观察试样尺寸如何变化。

调用共聚焦变焦功能需要更改用于可变像素时钟的朗池光栅中线条的间距间隔。图1中的圆盘包含四种尺寸的Ronchi光栅,每种尺寸都可以旋转到像素时钟光学序列中以改变变焦因子。当 Ronchi 光栅中的线大小和间距尺寸减少一半(保持相同的线总数)时,缩放系数将增加两倍。同样,将光栅线尺寸减小四倍会将变焦系数提高到 4 倍。可能的变焦设置数量取决于可变像素时钟可用的 Ronchi 光栅尺寸的数量。尼康A1R HD25共聚焦显微镜能够进行7倍变焦,范围从1倍到8倍。互换光栅需要减小谐振振镜的扫描角度,这是使用显微镜控制电子设备中预先存储的信息来实现的,该电子元件将振镜扫描角度与所选光栅协调。

 

共振扫描共聚焦显微镜变焦

图1-共振扫描共聚焦显微镜像素时钟架构

 

图1所示为共振扫描共聚焦显微镜中基于Ronchi光栅的可变像素时钟的光学序列组件示意图。像素时钟中的主要光学和电子元件如图左侧所示,包括一个低功率半导体近红外激光源、一个包含不同间距的朗奇光栅的可旋转圆盘、用于将反射的激光束聚焦到朗奇光栅上的中间透镜,以及一个检测通过光栅的光脉冲的光电二极管传感器。激发和成像光学序列中涉及的组件显示在图的右侧,但为简单起见,成像组件的数量减少到最低限度。请注意,附在图1谐振振镜上的反射镜两侧具有高反射表面,以容纳成像和时钟激光器。

在操作中,时钟二极管激光器发出的光被引导到谐振扫描镜的反射背面,而来自成像系统中的激光器发出的光则从同一反射镜的正面反射。来自时钟激光器的反射光由聚光透镜聚焦,与振镜的振荡运动同步扫过朗奇光栅的表面。在光栅上,激光束被扫描在一系列交替的不透明线和等宽的透明空间上。聚光透镜将时钟光束聚焦到小于光栅中线间距的尺寸,以确保光线完全通过或部分被光栅阻挡,其方式取决于振镜的位置。关键的一点是,光栅表面水平的激光束光斑应明显小于光栅线宽,以消除衍射。振荡振镜引起的光强度波动由位于光栅正下方的光电二极管检测。

在谐振振镜的水平扫描期间,时钟光电二极管记录由Ronchi光栅散射的激光脉冲,这些脉冲可以电子转换为具有可变频率的像素时钟。当振镜处于其振荡周期的中心部分时,这些光脉冲在时间上会更频繁,但当镜子到达扫描终点并反转方向时,它们会变慢。光电二极管检波器的要求包括能够处理可变脉冲频率(就带宽而言),并且它必须足够大以检测整个线路扫描。检波器连接到跨导放大器,该放大器将光电二极管电流脉冲转换为放大的电压,然后将其馈送到倍频器电路,使每行的像素数加倍。光电二极管和相关电子器件每条线路提供 256 个脉冲,倍频电路将此输出转换为每行 512 个脉冲,由图像采集卡采集并用于构建图像。

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