[发明专利]一种基于波长复用超表面的快速三维显微成像方法和系统

权利要求书

1.一种基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，包括：

沿光束传播方向布置的光源模块(A)、光调制模块(B)、样品载物台(13)和光收集模块(C)；

所述的光源模块(A)将两种不同工作波长光源的出射光合束，并整形为准直共轴的双波长光束；

所述的光调制模块(B)将双波长光束调制为HiLo显微成像所需的正弦条纹分布的结构照明光与相位平坦的均匀照明光并投影照明光至样品载物台(13)处；

所述光收集模块(C)实现不同轴平面上的样品图像采集以及数据传输；根据HiLo融合算法首先重构单个轴平面上的光学切片图像，组合多个光学切片图像以形成三维显微成像。

2.根据权利要求1所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述光调制模块(B)包括沿光路方向依次设置的波长复用超表面器件、第一显微物镜(6)、偏振不敏感分束器(7)、电调液体变焦透镜(8)和第二显微物镜(9)；

所述的波长复用超表面器件包括波长复用超表面(4)及超表面安装座(5)，使光源模块的双波长光束正入射至波长复用超表面(4)；

波长复用超表面(4)同时产生HiLo显微成像所需的结构照明光与均匀照明光，调制后的两种照明光由第一显微物镜(6)收集，经由偏振不敏感分束器(7)、电调液体变焦透镜(8)以及第二显微物镜(9)后，投影照明光至样品载物台(13)处。

3.根据权利要求2所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的波长复用超表面(4)包括透明衬底与布置在透明衬底上的多个基本单元结构，基本单元结构为介质纳米天线，介质纳米天线包括晶格以及设置在所述晶格上表面中心处的介质纳米柱；所述基本单元结构的尺寸均为亚波长量级；所述透明衬底的形状为正方形。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的光收集模块(C)包括沿光路方向设置的第二显微物镜(9)、电调液体变焦透镜(8)、偏振不敏感分束器(7)、套筒透镜(10)以及彩色相机(11)；波长复用超表面(4)产生的两种照明光投影至待测样品处，经过样品的反射光首先由第二显微物镜(9)与电调液体变焦透镜(8)收集，收集光经过偏振不敏感分束器(7)反射至套筒透镜(10)中，套筒透镜(10)最后将收集光成像至彩色相机(11)的像元靶面上。

5.根据权利要求4所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的套筒透镜(10)为消像差透镜，与第二显微物镜(9)匹配，构成无限远成像组；

所述的彩色相机(11)与电调液体变焦透镜(8)变焦保持时间同步，拍摄采集各扫描平面上的HiLo显微图像；采集到的图像数据通过蓝牙上传至服务器端。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的光源模块(A)包括两种不同工作波长的光源(1)、光纤合束器(2)和光纤准直透镜(3)；

光源(1)的尾纤与光纤合束器(2)相连，双波长输出光耦合进光纤合束器(2)后形成共光轴的发散光束；

光纤准直透镜(3)将发散光束准直为共光轴的平行准直输出光束。

7.根据权利要求1、2或3所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的光源模块(A)输出共轴准直的双色光束，工作波长分别为λ₁与λ₂，分别对应波长复用超表面(4)产生的HiLo显微成像所需的结构照明光与均匀照明光的两种工作波长。

8.根据权利要求1、2或3所述的基于波长复用超表面的快速三维显微成像系统，其特征在于，所述的样品载物台(13)用于固定和调节待测样品；

所述待测样品由载玻片与盖玻片固定保护，样品载物台(13)设有载玻片安装槽与调整架，调节调整架可使照明光均匀覆盖待测样品。