[發明專利]一種非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法

在審

• 申請號: 201710435349.1
• 申請日: 2017-06-11
• 公開（公告）號: CN107121414A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 劉學峰
• 申請（專利權）人: 湖北器長光電股份有限公司
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G02B21/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于顯微光學成像技術領域，特別是一種非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法。

背景技術

在現有顯微成像領域，傳統光學顯微受衍射極限影響，分辨率被限制在100nm左右。分辨率最高的是以電子和離子等非光學信息為載體的顯微技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）與原子力顯微鏡（AFM）等，能實現0.1nm級分辨，而掃描隧道顯微鏡（STM）則能實現0.01nm級分辨。但是，這些高分辨顯微技術都有測量效率低、環境適應性差、易對試樣造成損傷、制造和使用價格高等問題，滿足不了脫氧核糖核酸（DNA）測序、集成電路光刻和納米材料檢測等實際工程需要，而這些恰恰是傳統寬場光學顯微的優勢。具有納米級分辨率，能夠提供快速、簡便、廉價等功能與價值的寬物場、遠像場的光學顯微技術是現代納米工程尚未實現的追求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本、高效率、高敏感和高分辨率的非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法，通過兩個垂直的偏振片使得其構成的腔體內的光線極其微弱來實現所謂的弱光場，防止不同光子之間的湮滅效應。另外，通過旋轉整個光場，來觀察光場中的某些被測試樣對弱光場的響應，根據被測試樣的響應，比如說在每個像素里面獲得的變化曲線，通過對變化曲線或響應的本征擬合，從而能獲得被測試樣對不同光子的狀態的改變，利用每一個光場點的改變的不同，形成非直觀參數的灰度差，最終形成圖像。由于這個圖像大量的消除了衍射效應，從而使得這個圖像本身具有超分辨的功能。系統裝置包括計算機、電機驅動器、顯微鏡模塊，其中顯微鏡模塊包括相機、檢偏器、透射起偏器、反射起偏器和微型電機模塊，其中透射起偏器設置于顯微鏡透射光路的燈室前，透射起偏器的前方設置反射鏡，樣品位于反射鏡和物鏡之間，反射起偏器設置于顯微鏡反射光路的燈室前，反射起偏器的前方設置分束鏡，分束鏡與相機之間設置檢偏器，該檢偏器與透射起偏器、反射起偏器在微型電機模塊的控制下進行旋轉，微型電機模塊在電機驅動器的驅動下工作，所述電機驅動器在計算機的控制下工作，所述分束鏡同時位于檢偏器與顯微鏡的物鏡之間，相機與計算機連接，將檢測到的信息傳輸給計算機；

反射情況下，顯微鏡反射光路的燈室發出的光線通過反射起偏器調制后由分束鏡反射后通過顯微鏡的物鏡照射到樣品上，經樣品反射后的光線依次通過顯微鏡的物鏡、分束鏡、檢偏器后由相機采集；

透射情況下，顯微鏡透射光路的燈室發出的光線通過透射起偏器調制后由反射鏡反射后照射到樣品上，透過樣品的光線依次通過顯微鏡的物鏡、分束鏡、檢偏器后由相機采集；

相機所采集的帶有不同偏振信息的圖輸入計算機進行處理，從而獲得待測樣品的非直觀圖像。

優選地，所述所述反射起偏器（10）、透射起偏器（9）和檢偏器（4）由微型電機模塊（13）控制實現三者同步轉動，轉動精度達到0.02°。

優選地，所述透射起偏器（9）與檢偏器（4）始終保持正交偏振狀態。

優選地，所述反射起偏器（10）與檢偏器（4）始終保持正交偏振狀態。

優選地，所述反射起偏器（10）、透射起偏器（9）和檢偏器（4）均為可見光波段的線偏振片。

一種基于權利要求1所述的非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法，其特征在于，反射光路步驟如下：

步驟1、將樣品（7）置于顯微鏡的載物臺上；

步驟2、打開顯微鏡反射光路的燈室（12）對載物臺上的樣品（7）進行照明，利用相機（3）獲得一幅光強圖片，作為未被處理的原始圖像并輸入計算機（1）；

步驟3、通過電機驅動器（2）驅動微型電機（13）控制反射起偏器（10）與檢偏器（4）進行同步周期性的轉動，每轉動固定角度，通過相機（3）采集圖像，獲得多幅光強圖并輸入計算機（1）；

步驟4、計算機（1）根據輸入的光強圖確定光強圖的相位差和方位角；

步驟5、利用步驟4所得相位差、方位角的值分別形成灰度圖像，所述灰度圖像中每點的灰度值代表相位差或方位角的大小，對不同顏色進行賦值形成假彩色圖像，調整成像的對比度獲得樣品的相位差非直觀圖像、方位角非直觀圖像；

步驟6、根據相位差、方位角，通過Mueller矩陣確定Stokes參量并進行Stokes參數非直觀成像。

一種基于權利要求1所述的非直觀弱光場超分辨成像測量系統和方法，其特征在于，透射光路步驟如下：

步驟1、將樣品（7）置于顯微鏡的載物臺上；