[發明專利]基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202010058988.2
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111239992A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 劉辰光;劉儉;姜勇;陳剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;南京恒銳精密儀器有限公司;江蘇銳精光電研究院有限公司
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B21/06;G02B21/36;G01N21/552;G01N21/01
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置，其特征在于，包括：偏振照明模塊和檢偏探測模塊；

所述偏振照明模塊按照光線傳播方向依次包括：環形LED陣列(1)、圓錐反射鏡(3)和圓錐透鏡(4)；其中，所述環形LED陣列(1)和所述圓錐透鏡(4)之間還設置有環形擋光板(2)；所述圓錐反射鏡(3)位于所述圓錐透鏡(4)外側；所述圓錐透鏡(4)上放置有樣品(5)；

所述檢偏探測模塊按照光線傳播方向依次包括：物鏡(6)、管鏡(7)和圖像采集模塊(8)；

所述環形LED陣列(1)中的單個LED燈所發出的發散光束，經過所述環形擋光板(2)遮擋，產生的光束入射到所述圓錐反射鏡(3)上，所述圓錐反射鏡(3)反射光束進入所述圓錐透鏡(4)，并在所述圓錐透鏡(4)與樣品(5)交界面產生倏逝場；所述樣品(5)經過倏逝場照明后所產生的散射光依次通過物鏡(6)和管鏡(7)后被圖像采集模塊(8)接收。

2.根據權利要求1所述的一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置，其特征在于，光束經圓錐反射鏡(3)反射時的入射角與圓錐反射鏡(3)的底角∠α、圓錐透鏡(4)的底角∠β滿足使得光束經過所述圓錐反射鏡(3)反射后垂直入射到所述圓錐透鏡(4)。

3.根據權利要求1所述的一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置，其特征在于，光束入射所述圓錐透鏡(4)后與主光軸夾角大于全內反射臨界角θ_c，其中，θ_c＝arcsin(n₁)，n₁為圓錐透鏡折射率。

4.根據權利要求1～3任意一項所述的一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置，其特征在于，所述圖像采集模塊(8)包括：相機。

5.一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像方法，其特征在于，適用于權利要求1～4任意一項所述的一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像裝置，所述方法包括如下步驟：

步驟a：逐次順序點亮環形LED陣列(1)中的單個LED燈，使照明光束在預設半徑的圓周上移動，每點亮一個不同照明角度的LED燈，圖像采集模塊(8)拍攝一次圖像，逐次點亮環形LED陣列(1)中的所有N個LED燈，實現對樣品的360°圓周掃描照明，掃描一圈后得到N張不同照明方位角下的待測樣品散射光強分布圖像，獲得三維數據集{I_i(x,y),i＝1,2,3,…,N；x＝1,2,3,…,P_x；y＝1,2,3,…,P_y,}，其中x,y為圖像像素的行號和列號，P_x為圖像每行的總像素數，P_y為圖像每列的總像素數；

步驟b：對步驟a所得到的N張不同照明方位角下的待測樣品散射光強分布圖像的每個相同位置像素點利用如下公式進行m階自相關量的計算，得到一張分辨率提升的超分辨圖像C_m，即獲得二維數據集{C_m(x,y),x＝1,2,3,…,P_x；y＝1,2,3,…,P_y,}；

其中，x,y代表像素位置，I_i代表圖像采集模塊(8)在照明角θ下所獲取的圖像，N為一次360°圓周掃描所獲取的圖像數量，m代表計算階數，m為不大于4的正整數；

步驟c：對得到的超分辨圖像C_m進行迭代去卷積，然后取次方消除非線性效應，得到分辨率提升的圖像，完成超分辨。

6.根據權利要求5所述的一種基于環形陣列光源照明的超分辨率全內反射顯微成像方法，其特征在于，在步驟a中還包括：對得到的N張光強分布圖像進行反卷積去噪預處理。