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什么是共振扫描头？

Technology of SP8 confocal microscope

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共振扫描头是一种振镜扫描系统，可使用于单点扫描显微镜（真共焦和多光子激光扫描）快速获取图像。为了跟踪快速的过程，特别是在活体样品中，需要较高的采集速度。并且提供更好的荧光信号，减少光漂白 (1)。

共振扫描速度

由于共振扫描头只会在确定的频率下振荡，因此缺乏位置和速度控制，但能够带来最高的图像采集速度。频率高达12000Hz的扫描头目前用于徕卡扫描显微镜（2019年1月）。在双向扫描中，这相当于每秒24000行。一张512行的帧图只需要20 ms就可以完成录制。

像素时钟控制

共振模式下的扫描头只能以正弦曲线方式运转，类似于摆钟或秋千。因此，像素时钟必须与扫描头的运动保持非线性同步。智能控制（图1）适应扫描头的振幅和相位。这种自适应允许以自由可调的扫描分辨率扫描全视野[FOV] (2)；即每行像素可以设置成最多为2496的任何整数。

图1：共振扫描头的像素时钟发生器的示意图，共振扫描仪采用辅助激光二极管进行位置读出，位置传感器保证再现扫描振镜全程移动。利用这种扫描系统，可以随时知道光斑的位置，并将检测到的荧光信号合理地分布在等距像素之间。此方法允许自由调整缩放倍数而且不限制帧大小设置。

X2Y扫描头设计

徕卡共振扫描头采用三振镜概念，与传统的双振镜扫描头相比，照明均匀度更好。三振镜也被称为“x2y扫描头”。这种方法解决了在无附加中继光学系统的情况下，双振镜扫描头常见的不能同时定位正确位置（后焦平面）的问题。通常来讲，双振镜系统通过降低照明的均匀性（对亮度的均匀性和分辨率产生负面影响）来抵消这种偏差。单振镜解决方案（万向节/万向节支架）提供均匀照明，但扫描速度非常低。

x2y扫描头均匀地照亮整个视场，并实现了在y和x方向上的高扫描速度。

图 1：说明 x2y 扫描仪原理的动画示意图。x2y 设计可确保物镜的入口瞳孔始终正确填满，同时还能保证较高的扫描速度。

共振扫描装置由两个y扫描镜（标准非共振）和一个用于x方向的共振镜扫描器组成。这样的组合能够在非常高的线频率下扫描，高达每秒24,000行（在双向模式下），而不影响均匀性。两个低惯量电流计振镜的y轴运动速度足够快，足以与高线频率保持同步，最终实现高帧频。在研究生物样品中的时间分辨快速过程种就需要高帧速。

参考文件

  1. 徕卡科学实验室：通过共振扫描获得更明亮的图像
  2. 徕卡科学实验室：像素时钟控制共振扫描头

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