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活體樣本

ASOM中的快速掃描鏡代替了許多顯微鏡應(yīng)用中用到的傳統(tǒng)掃描環(huán)節(jié)。由于不需要移動樣品，在利用ASOM技術(shù)進(jìn)行活體樣本成像時，可以在檢測的環(huán)境中植入傳感器或控制器。ASOM同時還消除了機(jī)械平臺的移動，而這種移動會限制掃描速度，并會引發(fā)許多活體樣品使用的液體和粘滯介質(zhì)產(chǎn)生破裂性振動[2]。由于圖像到圖像之間的移動時間小于5ms，使ASOM的移動速度可以達(dá)到機(jī)械移動顯微鏡的100倍，并且使用高速CCD相機(jī) 可以使合成圖像的幀傳輸速率達(dá)到100幀/秒。高掃描速率的潛在應(yīng)用包括毒品檢測和大規(guī)模篩選等。

*初為望遠(yuǎn)鏡開發(fā)的技術(shù)大大提高了顯微鏡的性能，使之具有微米級的分辨率和更廣的有效視場。

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計者們越來越多地使用主動元件，推動著光機(jī)電一體化領(lǐng)域的持續(xù)快速發(fā)展。主動元件包括轉(zhuǎn)換器和傳感器、主動和自適應(yīng)光學(xué)元件，以及實時微處理控制器等。這種高動態(tài)光學(xué)儀器的性能和應(yīng)用潛力，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了僅由靜態(tài)光學(xué)元件構(gòu)成的儀器的理論極限。

就自適應(yīng)光學(xué)而言，天文學(xué)是其發(fā)展的*初推動力，1953年Horace Babcock建議采用主動光學(xué)補償來解決穿過大氣成像的內(nèi)在挑戰(zhàn)[1]。不同密度的大氣層之間的湍流會產(chǎn)生動態(tài)的折射率梯度和隨時間變化的入射光光程。如果不采取任何校正措施，在電磁波的波前上產(chǎn)生的振幅和相位畸變就會導(dǎo)致在形成的圖像上產(chǎn)生閃爍的亮區(qū)或暗區(qū)，這嚴(yán)重地限制了地基望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。盡管Babcock建議的在一個帶靜電電荷的鏡面上涂上一層油來改變局部油層厚度的方法從來沒有實現(xiàn)過，但他的基本設(shè)計思想在現(xiàn)今的許多自適應(yīng)光學(xué)應(yīng)用中仍在使用。目前，可由計算機(jī)控制表面面形的變形鏡被普遍用于校正由大氣湍流引起的波前畸變。

由Ben Potsaid 和Scott Barry領(lǐng)導(dǎo)的Thorlabs/RPI研究小組設(shè)計并構(gòu)建的ASOM系統(tǒng)包含Nova Phase公司生產(chǎn)的定制掃描透鏡組、一個定制的高速轉(zhuǎn)向鏡（該轉(zhuǎn)向鏡是Boston Micromachines公司生產(chǎn)的有140個靜電控制器的MEMS變形鏡）和一個Thorlabs公司的CCD相機(jī)。

20世紀(jì)60年代，自適應(yīng)光學(xué)的早期發(fā)展是由國防工業(yè)資助的，然而直到80年代，自適應(yīng)光學(xué)才因為改善了地基望遠(yuǎn)鏡的性能而在天文學(xué)領(lǐng)域找到了用武之地。自適應(yīng)光學(xué)中*基本的設(shè)計包括利用波前傳感器（Shack-Hartmann干涉儀或可變剪切干涉儀）進(jìn)行波前的實時測量和波前校正（變形鏡和液晶空間光調(diào)制器）。結(jié)合以前發(fā)展的技術(shù)，目前自適應(yīng)光學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。

主要特點：

2005年，倫瑟勒理工學(xué)院自動控制技術(shù)和系統(tǒng)中心（CATS）的Ben Potsaid、John Wen和Yves Bellouard開發(fā)了一種自適應(yīng)掃描光學(xué)顯微鏡（ASOM），它基于MEMS變形鏡來校正物鏡的離軸波前像差。

成像鏡掃描透鏡的輸入通光孔就可獲得擴(kuò)大的視場，其潛在的應(yīng)用包括跟蹤移動的樣品，以及對突發(fā)事件成像。

這種新型的顯微鏡設(shè)計，配合高速物鏡后振鏡式掃描鏡、空間光調(diào)制器和掃描透鏡，就會產(chǎn)生具有微米級分辨率和較大有效視場的圖像，因而提供了一種相對經(jīng)濟(jì)的辦法來獲得高質(zhì)量圖像，而傳統(tǒng)上這只能通過很高分辨率的顯微鏡才能實現(xiàn)。在后來由Thorlabs/RPI小組設(shè)計的ASOM中，總的合成視場超過1250 mm2，分辨率為1.5祄

在ASOM系統(tǒng)中設(shè)計一個遠(yuǎn)心掃描透鏡用于獲得具有40mm視場的有限共軛像。透鏡組由七個光學(xué)元件組成，后向焦距為19mm，數(shù)值孔徑為0.20。一個定制的75mm快速MEMS轉(zhuǎn)向鏡在3.3mm2的通光孔上分布著140個靜電控制器?？茖W(xué)級CCD相機(jī)具有1024 768個像素，柵距為4.7祄。

傳統(tǒng)的顯微鏡由于物鏡的限制，其視場相對較小。為了得到大尺寸樣品的高分辨率圖像，物鏡就必須對樣品進(jìn)行掃描（或者移動顯微鏡，或者移動樣品）。在ASOM中，其掃描機(jī)制是一個質(zhì)量較輕的高速轉(zhuǎn)向鏡，它可以通過物鏡掃描整個視場。

在這種結(jié)構(gòu)中，離軸光線經(jīng)過物鏡后會發(fā)生顯著的波前畸變，一般情況下會導(dǎo)致圖像模糊，但是通過利用一個可實時控制的變形鏡，系統(tǒng)會補償波前畸變，因而能得到具有均勻分辨率的衍射圖像。對樣品掃描后再進(jìn)行圖像重構(gòu)就會得到放大的視場。這在生物領(lǐng)域是非常有用的，因為在生物應(yīng)用中常常需要獲得細(xì)胞級的分辨率（約為1祄），同時還需要保持一個大的視場在厘米尺度上監(jiān)測總的解剖信息，或者觀測那些可能“游到”視場外的活生物體