基于FPGA的共聚焦显微镜振镜扫描控制系统设计

贾仕达，黄 斐，薛 萌，郭汉明

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

0 引言

激光共聚焦显微镜（Confocal Laser Scanning Micro⁃scope）是一种应用广泛的高精密光学仪器，集光、机、电、计算机为一体，在生物医学、军事科技，甚至是日常生活中都有非常广泛的应用［1-2］。共聚焦显微镜发展历程最早可以追溯到20 世纪50 年代，但受当时技术条件限制，没有合适的光源，计算机处理能力不够，导致研究止步不前［3-5］。但是近几十年来国外公司在该方向发展迅速，包括莱卡（Leica）、蔡司（Zeiss）、尼康（Nikon）等公司都有了较成熟的产品［6-7］。相比之下，国内对共聚焦显微镜的研究起步较晚，目前处在高速发展阶段，有些较成熟的产品出于商业保密原因也鲜有发表相关文章供人参考［8-10］。

振镜的扫描控制系统是控制振镜运动的关键模块，高校在实验时使用的控制板卡大多为国外进口产品，价格昂贵［11-12］，极大提高了实验成本，其控制界面也较复杂，对刚接触的使用者有一定难度。由此，本文提出了功能完善的硬件电路设计和以FPGA（Field Programmable Gate Array）为控制核心的软件程序设计，相比现有的控制板卡和控制软件，FPGA 可无限重新编程，时序控制也更加高速、精准，可以在结束一次扫描后修改程序即时调整扫描行数，使控制更加方便。通过实验证明，这套系统可以稳定运行，系统信号的建立时间低至4μs，具有操作便捷、响应速度快、信号匹配精准、成本低的特点。

1 振镜控制原理

扫描振镜是一种高精度、高速矢量扫描器件，它由平面反射镜、驱动电机、控制板卡组成［13］。……