[發明專利]一種亞像素位移的成像裝置及其應用

有效

• 申請號: 201910217823.2
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN110187582B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 費鵬;廖翰宇;陳雄超
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/139
• 分類號: G02F1/139;G02F1/1343;G02F1/133;G02F1/1335;G02B21/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏惠忠

本發明屬于光學成像技術領域，本發明目的之一是提供了一種亞像素和/或像素位移的成像裝置，包括圖像傳感器和亞像素位移裝置，所述亞像素位移裝置包括灌入具有電控雙折射效應的液晶的液晶盒、脈沖信號發生器，所述脈沖信號發生器用于與所述液晶盒的電極連接，所述圖像傳感器設置在所述亞像素位移裝置的后端。本發明另一個目的是提供一種獲取超分辨率圖像的方法，該方法主要利用了本發明提供的亞像素位移的成像裝置，使得光場進行平移，然后圖像傳感器獲取到這些圖片，處理模塊對這些圖片進行超像素合成，即可得到超分辨率圖像。本發明為現有的亞像素位移方法開辟了一條新途徑，本發明提供的這種亞像素位移裝置具有造價低，結構簡易小巧的優點，有較好的市場前景。

技術領域

本發明屬于光學成像領域，更具體地，涉及一種亞像素位移的成像裝置。

背景技術

近年來，顯微鏡變得越來越先進，但是，卻不得不面臨一些極限。最明顯的極限是成像視野范圍，它由空間帶寬積決定。類似于海森堡不確定性原理，空間帶寬積是對成像系統信息承載能力的衡量。實際上對于傳統含透鏡顯微鏡，為了提高空間帶寬積的數值，需要尋找低放大倍率(10x)和高的NA(0.5)透鏡,但花費往往數千美元，因為需要在大視場校正光學像差。同時，具有高NA數值的透鏡往往非常龐大。而目前新興的無透鏡顯微鏡具有幾何成像芯片，樣品被放置在光電傳感陣列上，樣品與傳感平面的距離常常小于1mm。這一系統的空間帶寬積可以達到一百萬到一千萬。

無透鏡芯片式顯微鏡去除了鏡片的束縛，通過采用傳感器，采集樣品的數字信息，對數字信息進行運算重建，依托現代數碼設備強大的計算能力，可以瞬間分析大量數據。這對工業和醫學具有極大的意義，其商業化也在穩步進行。然而，目前的所有無透鏡成像系統的分辨率均受限于光檢測器CMOS或者CCD的像元尺寸。理論上越小的像元尺寸，能夠接受到的信息就越微小。目前市面上普遍的CMOS或者CCD的像元尺寸均在um量級，而普通光學顯微鏡的分辨率一般接近衍射極限，也就是百納米級。如果能提高無透鏡顯微鏡的分辨率達到波長量級，這種簡便的顯微系統將能得到廣泛的應用。

就目前技術而言，亞像素位移的方式都在嘗試平移光源，例如：

1.平移LED光源

通過平移光源來實現和物體之間的相對位移，物體的陰影將在平面上移動。這種辦法有兩種實現方式，一種是直接機械移動，這要求極高的機械對準；第二種是搭建光纖LED陣列，這樣的辦法要求極為精密的光纖安裝過程，而且安裝完成之后無法再更改移動的距離。這些辦法會增加無透鏡系統的成本和體積。

2.通過鏡面移動光源

通過鏡面移動光源，和平移LED光源不同，不是通過安裝更多的LED或者是移動LED，而是通過鏡面來移動光源發出的光線，但其本質上仍然是平移光源，從物體的角度看相當于一個移動的光源虛像。它仍然需要一定的機械校準精度，需要犧牲無透鏡系統一定的工作距離，并且會增加無透鏡系統的成本和體積。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的第一個目的是提供一種亞像素和/或像素位移的成像裝置，實現該發明目的的技術方案是：

本發明提供的這種亞像素位移和/或像素位移的成像裝置(本發明提供的這種裝置可以根據需要進行亞像素位移、像素位移，因而在本發明中稱為亞像素位移和/或像素位移的成像裝置)，包括圖像傳感器和亞像素位移裝置，所述亞像素位移裝置包括灌入具有電控雙折射效應的液晶的液晶盒、脈沖信號發生器，所述液晶盒設置有電極，所述脈沖信號發生器用于與所述液晶盒的電極連接，能夠給所述液晶盒施加電場，從而使所述液晶產生雙折射效應，所述圖像傳感器設置在所述亞像素位移裝置的后端(依光路，依次設置有亞像素位移裝置、圖像傳感器)。

所述具有電控雙折射效應的液晶可以是近晶相液晶或向列相液晶。