[发明专利]一种基于超构透镜阵列的大视场集成显微成像装置

说明书

本发明涉及一种基于超构透镜阵列的大视场集成显微成像装置。该装置包括：光源、超构透镜阵列、线偏振片和图像传感器；所述线偏振片固定于所述光源的后方，且所述线偏振片位于所述光源的出射光路上；所述超构透镜阵列固定于所述线偏振片的后方，且所述超构透镜阵列位于所述线偏振片的出射光路上；待成像物体位于所述线偏振片和所述超构透镜阵列之间；所述图像传感器位于所述超构透镜阵列的后方；所述超构透镜阵列中包括周期性排布的多个超构透镜。本发明可以实现在不牺牲分辨率不增加工作距离的条件下，扩大成像视场。

技术领域

本发明涉及显微成像领域，特别是涉及一种基于超构透镜阵列的大视场集成显微成像装置。

背景技术

在光学显微成像领域，同时获得大视场和高分辨率是光学显微成像的重要目标之一。然而，传统光学显微镜因其成像原理空间带宽积的限制，在使用高倍率物镜时视场范围必然减小，无法同时实现高分辨率和大视场成像。另一方面，复杂的光学系统也使得显微镜变得越来越复杂、笨重和昂贵，极大地限制了显微镜的推广和应用。为了打破透镜成像单一光轴导致的放大倍率和视场范围相耦合的瓶颈，人们提出了无透镜显微成像和仿生复眼结构透镜阵列来实现大视场、高分辨的成像。但无透镜成像过程不是直接可视化的，且最终图像质量取决于图像处理算法，近年来人们通过提出各种改进的算法提高重建图像的效果，但仍然依赖于图像的后处理；人工复眼装置要么需要弯曲的光电探测器，要么图像失真严重，要么缺乏自调节能力，因此亟需改善这些问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超构透镜阵列的大视场集成显微成像装置，以实现在不牺牲分辨率不增加工作距离的条件下，扩大成像视场。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于超构透镜阵列的大视场集成显微成像装置，包括：光源、超构透镜阵列、线偏振片和图像传感器；

所述线偏振片固定于所述光源的后方，且所述线偏振片位于所述光源的出射光路上；所述超构透镜阵列固定于所述线偏振片的后方，且所述超构透镜阵列位于所述线偏振片的出射光路上；待成像物体位于所述线偏振片和所述超构透镜阵列之间；所述图像传感器位于所述超构透镜阵列的后方；

所述超构透镜阵列中包括周期性排布的多个超构透镜，所述超构透镜在第一偏振光和第二偏振光的相位分布满足：其中，为超构透镜p在第一偏振光的相位，λ_p1为超构透镜p在第一偏振光的波长，f_p1为超构透镜p在第一偏振光的焦距，超构透镜p在第一偏振光的中心坐标为(0,0)，(x,y)是超构透镜p的面内坐标；为超构透镜p在第二偏振光的相位；λ_p2为超构透镜p在第二偏振光的波长，f_p2为超构透镜p在第二偏振光的焦距，(a,b)表示超构透镜p在第二偏振光下的中心与超构透镜p在第一偏振光下的中心之间的相对偏移位置。

可选的，还包括：四分之一波片；所述四分之一波片固定于所述线偏振片的后方，且位于所述线偏振片和所述超构透镜阵列之间。

可选的，通过调节所述四分之一波片的光轴与所述线偏振片偏振方向的空间关系，调节所述四分之一波片出射光的偏振状态；所述出射光的偏振状态包括；线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

可选的，所述超构透镜阵列中超构透镜的周期性排布方式包括；四方晶格排布和六角晶格排布。

可选的，第一透镜阵列中透镜的排布周期与第二透镜阵列中透镜的排布周期相同；所述第一透镜阵列为所述超构透镜阵列在所述第一偏振光入射时的透镜阵列，所述第二透镜阵列为所述超构透镜阵列在所述第二偏振光入射时的透镜阵列。

可选的，第一透镜阵列中透镜的排布周期与第二透镜阵列中透镜的排布周期不同；所述第一透镜阵列为所述超构透镜阵列在所述第一偏振光入射时的透镜阵列，所述第二透镜阵列为所述超构透镜阵列在所述第二偏振光入射时的透镜阵列。