基于VC++的纳米分辨远场光学共焦成像系统的扫描控制

引　言

    共焦显微镜一种是以光学系统的共焦成像为基础，利用光扫描技术对样品进行动态测量的装置，具有很高的分辨力和层析能力^［１］究珍断的重要工具^［２］，为开拓新学科和促进各学科领域向更高层次发展起了重要作用。它利用单点成像，从而突破了限制传统光学显微镜的瑞利衍射极限，大幅度提高了成像分辨力，共焦显微镜有很好的层析能力，采用适当的图像处理技术，对样品纵向连续层析，再将二维图像进行重构，可以得到物体的三维图像，其特点是可以对样品进行断层扫描和成像，进行无损伤观察和分析细胞的三维空间结构^［３］。共焦显微镜的横向扫描方式起初以单点扫描为主，之后发展为以ｎｉｐｋｏｗ盘扫描和微透镜阵列扫描为主的多点并行扫描等阶段^［４］。２０１１年，官志超等人设计了基于 ＤＭＤ共焦显微并行检测系统，该系统光能利用率高，具有高分辨、非接触、速度快和可柔性测量等优点^［５］。

    综上所述，实验开展了纳米分辨远场光学共焦成像系统研究，其中控制软件的合理设计可提高系统的自动化程度，既节省时间，又能降低人工操作的出错概率。根据系统的界面控制特点，鉴于 ＶＣ＋＋在 Ｗｉｎｄｏｗｓ界面开发中的优势，采用 ＶＣ＋＋设计和开发了控制系统的控制程序和操作子系统。软件平台设计如下^［６］：

１　系统硬件介绍

１．１　实验原理

    纳米分辨远场光学共焦成像系统采用激光作为光源。在传统光学显微镜的基础上采用了共轭聚焦原理和装置。并利用计算机对所观察的对象进行数字图像处理的一整套观测、分析和输出系统。

    系统硬件主要包括激光光源、物镜、纳米移动平台、光电倍增管、计算机等。原理如图１所示。共焦系统利用物镜使光束聚焦形成的小光点对样品逐点成像。该系统采用共轭焦点技术，使光源、被测物点、探测器处于彼此对应的共轭位置，光源经物镜在样品表面锐聚焦成衍射限制的斑点，其反射光再次通过物镜或聚光镜在空间滤波器的共焦针孔平面成像，由靠近像面位置的探测器接收光信号。出于焦面以外的光线在成像针孔前和成像针孔后聚焦，使得焦面以外的光信号被大大抑制，极大地提高了共焦显微镜的纵向分辨力，故共焦显微镜具有很好的层析能力；采用适当的图像处理技术，对样品纵向连续层析，再将二维图像进行重构，可以得到物体的三维图像。共聚焦显微镜常见的扫描方式有三种：一是物体移动，而聚焦在被测物上的光点保持不动；二是利用反射镜构成的扫描系统；三是利用声光偏转器。现采用物体移动的扫描方式，将被扫描的物体放置于ＰＩ纳米平台中，通过ＶＣ＋＋编程控制纳米平台运动，从而带动被扫描物体的运动，再通过计算机进行控制和操作。