[發明專利]一種超分辨陣列虛擬結構光照明成像裝置及其成像方法

有效

• 申請號: 201510867963.6
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105758799B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 張甦;王寶凱;鄒麗敏;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

一種超分辨陣列虛擬結構光照明成像裝置及其成像方法，它涉及一種成像裝置及其成像方法。本發明為了解決現有技術中的顯微成像技術只能測量較薄的生物樣品，測量效率低的問題。本發明包括LED光源1，沿LED光源1光線傳播方向依次放置準直擴束器2、掃描系統3、微透鏡陣列4、準直透鏡5、分光棱鏡7、1/4波片9、照明物鏡10、樣品11、收集透鏡6、CCD探測器8；每次掃描得到的探測光斑直接在像面進行疊加得到最初的探測數據，每個方向進行不同相位照明的掃描，經過圖像重構得到超分辨圖像。本發明拓寬空間頻域帶寬，適用于工業形貌及厚生物樣品成像的測量領域。

技術領域

本發明涉及一種成像裝置及其成像方法，具體涉一種超分辨陣列虛擬結構光照明成像裝置及其成像方法，屬于光學緊密測量技術領域。

背景技術

光學顯微術是一種歷史悠久且十分重要的無破壞性技術，被廣泛應用于生物和材料科學等領域。結構光照明技術(Structured Illumination Microscopy,SIM)由美國科學家Gustafsson于2000年提出，其原理類似于莫爾條紋原理，通過調制寬場顯微鏡的照明函數，使得整個光學系統的光強傳遞函數(OTF)得到平移與疊加，從而使得系統頻域帶寬增加，截止頻率提高。通常采用一個正弦光柵改變寬場顯微鏡的照明強度分布，照明光場在光柵方向上被調制，經過旋轉光柵實現整個橫向的調制。相比于光瞳濾波技術，結構光技術注重考慮光學系統頻域的變化與影響，只要滿足光柵周期等于寬場顯微鏡空間截止頻率，結構光照明技術即可使系統OTF帶寬變為原來的2倍，即分辨率提高為原來的2倍。

但是，通常寬場結構光照明顯微鏡只能測量比較薄的生物樣品，當測量較厚的樣品時，隨入射距離的增加，平行光入射的衍射光受散射效應影響明顯。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的顯微成像技術只能測量較薄的生物樣品，當測量較厚的樣品時，隨入射距離的增加，平行光入射的衍射光受散射效應影響明顯，測量效率低的問題。

本發明的技術方案是：一種超分辨陣列虛擬結構光照明成像裝置，包括LED光源1，沿LED光源1光線傳播方向依次放置準直擴束器2、掃描系統3、微透鏡陣列4、準直透鏡5、分光棱鏡7、1/4波片9、照明物鏡10、樣品11、收集透鏡6、CCD探測器8；通過微透鏡陣列在物面產生的照明光斑中，相鄰照明光斑中心距離為照明光場空間周期的整數倍。

由于掃描系統中采用CCD探測，成像效率大大降低。為此，在掃描系統中加入微透鏡陣列，對樣品進行多路照明，可以使成像速度隨微透鏡數量成倍提高。

所述的LED光源為非相干光源，對樣品的照明為非相干照明，整個成像過程均為非相干成像。

所述掃描系統包括掃描振鏡，掃描振鏡改變光束偏轉角。

基于所述一種超分辨陣列虛擬結構光照明成像裝置的成像方法，包括以下步驟：

步驟一、對樣品表面不同位置進行照明時采集到的光斑，乘以預期在物面形成的結構照明光場歸一化強度在該位置的光強系數，在物面得到等效的正弦分布的照明光場；

步驟二、對照明光透過樣品并經過物鏡再次成像得到探測面上的光強分布，對所述探測面上的光強分布在掃描時間上進行積分，得到樣品表面照明光的強度分布；

步驟三、對樣品表面照明光光強分布進行超分辨圖像重構處理，得到清晰圖像。

所述步驟一具體包括：

通過對探測面靈敏度系數進行調試，得到照明光場的不同掃描位置的光強最大值，進而得到掃描后的照明光場光強分布；

對掃描后的照明光場光強分布進行時間積分得到等效照明光場。

所述步驟二包括：

得到照明光透過樣品后光強分布，進而得到經過物鏡再次成像到探測面上的光強分布；