[发明专利]光扫描器件

说明书

一种光扫描器件，特别是一种基于旋转多面镜反射原理通过一个旋转多面镜扫描器实现二维扫描功能的机械光扫描器。它包括外部同步信号接口，锁相电路，电动机伺服电路，电动机，多面镜，外部同步信号接口的输出端与锁相电路的输入端连接，锁相电路的输出端与电动机伺服电路的输出端连接，电动机伺服电路的输出端与电动机的输入端连接，电动机的输出端与多面镜的输入端连接，外部同步信号接口接收光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号，通过锁相电路转换成与光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号同相位的脉冲信号，再通过电动机伺服电路实现电动机的旋转运动，从而带动多面镜转动实现二维高速扫描。本发明相对于共振扫描器，实现2个数量级的扫描速度提升，无需用于Y轴扫描的检流计扫描器，结构简单，成本低，无场扫描的回程消隐时间，因此无需配备昂贵的声光/电光光调制器用于激光消隐。

技术领域

本发明涉及一种光扫描器件，特别是一种基于旋转多面镜反射原理通过一个旋转多面镜扫描器实现二维扫描功能的机械光扫描器。

背景技术

为了实现对活体生物样品及快速变化生理活动的成像（至少需要达到25fps），对显微镜的扫描速度要求越来越快。目前商用显微镜普遍采用的谐振频率为7.8KHz的共振扫描器（Resonant Scanner）用于X轴扫描，可以提供512x512@30fps的成像，并且通过压缩每帧行数可以实现512x32@400+fps，在此情况下成像范围已经被压缩成狭长一条，严重影响实验。共振扫描器因其镜片惯性和工作原理的原因很难大幅度提高扫描速度。

旋转多面镜扫描器（Polygonal Scanner）利用旋转反射原理通过在多面体上设置很多镜片可以实现比共振扫描器高2个数量级的扫描速度。此外，共振扫描器工作在开环状态，其扫描速度在每一行中呈现近似正弦变化：在每一行的两端，其扫描速度为零；在每一行的中央，其扫描速度最快。在每一行中，其扫描速度呈现从零加速至最大，再减速至零从而反向换行的规律。这意味着共振扫描器在扫描每一行的中央部分（大约88%）时，其扫描速度近似匀速；在扫描每一行的两端时，其扫描速度过慢，容易导致样品过度曝光，染料漂白等问题。因此需要在扫描每一行的两端时，通过切断激光输入（而不是关闭激光器）的方式解决以上问题。而旋转多面镜扫描器为匀速扫描，虽然也有占空比的问题，但不存在共振扫描器在每一行的两端的消隐问题。当旋转多面镜扫描器用于二维扫描时，仍然需要与检流计扫描器相配合组成扫描头。旋转多面镜扫描器用于X轴，检流计扫描器用于Y轴。成本较高，结构复杂。

因此本发明提出了一种光扫描器件，特别是一种基于旋转多面镜反射原理通过一个旋转多面镜扫描器实现二维扫描功能的扫描器。成本较低，结构简单，适用于需要二维高速扫描的应用。

发明内容

本发明的目的是实现一种光扫描器件，特别是一种基于旋转多面镜反射原理通过一个旋转多面镜扫描器实现二维扫描功能的机械光扫描器。成本较低，结构简单，适用于需要二维高速扫描的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案是：它包括外部同步信号接口，锁相电路，电动机伺服电路，电动机，多面镜，外部同步信号接口的输出端与锁相电路的输入端连接，锁相电路的输出端与电动机伺服电路的输出端连接，电动机伺服电路的输出端与电动机的输入端连接，电动机的输出端与多面镜的输入端连接，外部同步信号接口接收光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号，通过锁相电路转换成与光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号同相位的脉冲信号，再通过电动机伺服电路实现电动机的旋转运动，从而带动多面镜转动实现二维高速扫描。

所述的外部同步信号接口用于将光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号输入锁相电路；

所述的锁相电路为基于商用锁相环芯片的信号处理电路，用于产生与外部同步信号接口提供的光学扫描显微镜中X轴的行驱动信号同相位的脉冲信号，由于市场上已有商用锁相环芯片，此处工作原理不赘述；

所述的电动机伺服电路为基于商用数字电动机驱动芯片的伺服电路，用于放大锁相电路产生的脉冲信号，并提供足够大的驱动电流，由于市场上已有商用电动机驱动芯片，此处工作原理不赘述；