[发明专利]一种超分辨阵列虚拟结构光照明成像装置及其成像方法

说明书

一种超分辨阵列虚拟结构光照明成像装置及其成像方法，它涉及一种成像装置及其成像方法。本发明为了解决现有技术中的显微成像技术只能测量较薄的生物样品，测量效率低的问题。本发明包括LED光源1，沿LED光源1光线传播方向依次放置准直扩束器2、扫描系统3、微透镜阵列4、准直透镜5、分光棱镜7、1/4波片9、照明物镜10、样品11、收集透镜6、CCD探测器8；每次扫描得到的探测光斑直接在像面进行叠加得到最初的探测数据，每个方向进行不同相位照明的扫描，经过图像重构得到超分辨图像。本发明拓宽空间频域带宽，适用于工业形貌及厚生物样品成像的测量领域。

技术领域

本发明涉及一种成像装置及其成像方法，具体涉一种超分辨阵列虚拟结构光照明成像装置及其成像方法，属于光学紧密测量技术领域。

背景技术

光学显微术是一种历史悠久且十分重要的无破坏性技术，被广泛应用于生物和材料科学等领域。结构光照明技术(Structured Illumination Microscopy,SIM)由美国科学家Gustafsson于2000年提出，其原理类似于莫尔条纹原理，通过调制宽场显微镜的照明函数，使得整个光学系统的光强传递函数(OTF)得到平移与叠加，从而使得系统频域带宽增加，截止频率提高。通常采用一个正弦光栅改变宽场显微镜的照明强度分布，照明光场在光栅方向上被调制，经过旋转光栅实现整个横向的调制。相比于光瞳滤波技术，结构光技术注重考虑光学系统频域的变化与影响，只要满足光栅周期等于宽场显微镜空间截止频率，结构光照明技术即可使系统OTF带宽变为原来的2倍，即分辨率提高为原来的2倍。

但是，通常宽场结构光照明显微镜只能测量比较薄的生物样品，当测量较厚的样品时，随入射距离的增加，平行光入射的衍射光受散射效应影响明显。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的显微成像技术只能测量较薄的生物样品，当测量较厚的样品时，随入射距离的增加，平行光入射的衍射光受散射效应影响明显，测量效率低的问题。

本发明的技术方案是：一种超分辨阵列虚拟结构光照明成像装置，包括LED光源1，沿LED光源1光线传播方向依次放置准直扩束器2、扫描系统3、微透镜阵列4、准直透镜5、分光棱镜7、1/4波片9、照明物镜10、样品11、收集透镜6、CCD探测器8；通过微透镜阵列在物面产生的照明光斑中，相邻照明光斑中心距离为照明光场空间周期的整数倍。

由于扫描系统中采用CCD探测，成像效率大大降低。为此，在扫描系统中加入微透镜阵列，对样品进行多路照明，可以使成像速度随微透镜数量成倍提高。

所述的LED光源为非相干光源，对样品的照明为非相干照明，整个成像过程均为非相干成像。

所述扫描系统包括扫描振镜，扫描振镜改变光束偏转角。

基于所述一种超分辨阵列虚拟结构光照明成像装置的成像方法，包括以下步骤：

步骤一、对样品表面不同位置进行照明时采集到的光斑，乘以预期在物面形成的结构照明光场归一化强度在该位置的光强系数，在物面得到等效的正弦分布的照明光场；

步骤二、对照明光透过样品并经过物镜再次成像得到探测面上的光强分布，对所述探测面上的光强分布在扫描时间上进行积分，得到样品表面照明光的强度分布；

步骤三、对样品表面照明光光强分布进行超分辨图像重构处理，得到清晰图像。

所述步骤一具体包括：

通过对探测面灵敏度系数进行调试，得到照明光场的不同扫描位置的光强最大值，进而得到扫描后的照明光场光强分布；

对扫描后的照明光场光强分布进行时间积分得到等效照明光场。

所述步骤二包括：

得到照明光透过样品后光强分布，进而得到经过物镜再次成像到探测面上的光强分布；