作為一種具有較高橫向分辨率和縱向分辨率的顯微儀器，激光共聚焦掃描顯微鏡在各個領域有較大發展 文中介紹了激光共聚焦光學掃描的非線性問題，通過選取合適的振鏡以及驅動控制系統消除非線性，最后完成掃描驅動系統的軟件設計。

    通過光學特性在生物組織病變前后所體現出的特征變化米檢測并判斷生物組織發生病變種類以及病變程度是醫學界一個研究熱點。激光共聚焦掃描顯微鏡不僅具有較高的平面分辨率，而且具有較高的深度分辨率，使其能夠對佯品進行光學斷層掃捕成像。

1 共聚焦掃描顯微鏡原理及系統結構
    激光共焦掃描顯微成像技術是采用共軛焦點技術，如圖1所示。其工作原理為激光光源發出的激光通過準直系統入射到兩向色鏡上，經過掃描系統入射到掃捕透鏡和透鏡組上，進入光纖束聚焦于被測樣品。樣品反射和后向散射的光經過光纖進入到光電探測器。光電探測器轉換光信號后經過信號處理部分進入計算機進行處理、成像，在整個成像過程中，只有來自樣品焦平面上的光線能在探測器的光纖連接處正確聚焦，被探測器接收。而其他處于樣品焦平面之外的光則不能進入探測器。

　　2 掃描系統

　　激光共聚焦掃描一個很重要的部分便是掃描控制技術，本系統采用的是光學掃描成像技術。

　　本激光高速掃描系統中采用單片機作為系統控制的核心，用以實現對掃描系統的控制。通過單片機控制振鏡的偏轉實現光學掃描，因此只有實現振鏡良好控制才能實現激光高速掃描。

　　2．1 單片機控制系統

　　該激光掃描控制系統采用單片機AT89S51處理器為核心，如圖2所示，整個系統包括快速振鏡驅動及時鐘部分、慢速振鏡部分、電平轉換部分、D／A轉換、信號探測及處理部分、數據采集部分。－1

 　　系統通過電平轉換模塊將快速振鏡掃描時鐘板輸出的像素使能信號(RS232電平)轉換成單片機能接收的TTL電平接入單片機的外部中斷和外部計數端口，單片機對像素使能信號加以計數，通過外部中斷服務程序將像素使能信號的計數值讀出，并通過D／A轉換部分將其轉換成模擬信號，用來驅動慢速振鏡的偏轉。同時，電平轉換模塊將快速振鏡掃描時鐘板輸出的像素時鐘信號(RS422電平)也轉換成TTL電平接入A／D數據采集卡的觸發端，觸發采集卡進行信號的采集。PC機則通過串口控制單片機對掃描分辨率和幅度進行調節。

　　2．2 快速振鏡模塊

　　激光共聚焦掃描顯微鏡的光學掃描方式存在非線性畸變，當振鏡作等角掃描時，其像素點的間距存在差異，為了消除非線性畸變，可選用CRS系列振鏡。CRS系列掃描振鏡帶有像素同步脈沖，其作用是線性化整個掃描區域的采樣點位移，因此能夠很好的解決掃描區域的非線性問題。

　　(1) CRS振鏡

　　本系統Y方向振鏡選擇CRS 8k振鏡。CRS 8k振鏡是一種高頻共振掃描器件，其共振額定頻率是7910Hz，最大掃描角度26°。

　　(2)振鏡驅動板電路

　　CRS驅動板的設計特別考慮了掃描系統工作時相位特性和品質岡素Q存在的微小變化，驅動板包含了一個自身振蕩回路，用以保持掃描系統存工作中可以達到機械共振。

　　(3)像素時鐘板

　　像素時鐘是用來線性化整個掃描場。CRS振鏡存在一個正弦角位移，頻率等于該掃描振鏡工作時的共振頻率，這個正弦角位移就相當于振鏡工作時的一個噪聲，必須加以去除。使用恒速像素，邊沿象素就會擴散，中部會壓縮。而像素時鐘提供了速度更正，像素時鐘以不斷變化的速度，配合掃描儀的角速度變化來達到共振頻率。最小掃描失真的實現與線性化像素時鐘可以實現位像素等距掃捕場。而此時像素時鐘，便用來糾正小型掃描共振頻率變異和扭曲。

　　2．3 電平轉換

　　在進行串行通信時，要求通信雙方具有標準且統一的接口標準，這樣才能方便的使不同的設備進行通訊。在本系統中，快速振鏡驅動板輸出的像素使能信號為RS232電平信號，而像素時鐘信號則是RS422電平，這兩種電平信號均需送入單片機中，而單片機卻只能接收TTL電平信號，為了能實現通信，所以必需通過電平轉換模塊來使信號匹配。本系統中用OP37芯片進行像素使能信號RS232電平到TTL電平的轉換，使用專用芯片SN75175進行像素時鐘信號RS422到TTL電平的轉換。

　　2．4 D／A轉換部分

　　根據掃捕系統對D／A轉換速度、精度、分辨率等指標的要求，本系統選用12位的D／A轉換芯片AD7541。AD7541是一款兼容TTL／CMOS電平的D／A轉換芯片，且功率小、噪音小、轉換精度高，內部采用梯形電阻網絡結構 建立時間小于1us。考慮到需用電壓控制慢速振鏡的電機，則必須將AD7541輸出的電流信號轉換成電壓信號，且要求電壓信號為正值，本系統采用單極性電壓輸出方式、D／A轉換電路如圖3所示。

　　2．5 軟件設計

　　系統軟件利用Keil C51平臺進行掃描控制系統的軟件開發。首先，設置單片機的計數／定時器和中斷的控制寄存器的各項參數，設置完成后，依次打開中斷和電平控制端，等待中斷。等待外部中斷0，每來一個脈沖，計數器T0加1，然后判斷計數器T0是否溢出，若未溢出，將計數器T0的當前值送至輸出端口，進行D／A轉換，控制行掃描。如果溢出，則計數器T0清零，重新開始計數，即進行重新掃描。軟件流程圖如圖4所示。

    
2．6 實驗結果
    通過本設計的激光共聚焦掃描系統的控制系統，能夠實現4K／S的掃描速度，得到的慢速振鏡的控制波形如圖5所示。

 　　3 結束語

　　本系統為實現激光共聚焦顯微鏡的掃描控制，采用單片機AT89C51作為控制系統，通過電平轉換用快速振鏡的時鐘使能信號控制慢速振鏡的轉動，用快速振鏡的時鐘像素信號控制數據采集卡的采集、實驗表明本系統運行良好。