[发明专利]一种非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于显微光学成像技术领域，特别是一种非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法。

背景技术

在现有显微成像领域，传统光学显微受衍射极限影响，分辨率被限制在100nm左右。分辨率最高的是以电子和离子等非光学信息为载体的显微技术，如扫描电子显微镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）等，能实现0.1nm级分辨，而扫描隧道显微镜（STM）则能实现0.01nm级分辨。但是，这些高分辨显微技术都有测量效率低、环境适应性差、易对试样造成损伤、制造和使用价格高等问题，满足不了脱氧核糖核酸（DNA）测序、集成电路光刻和纳米材料检测等实际工程需要，而这些恰恰是传统宽场光学显微的优势。具有纳米级分辨率，能够提供快速、简便、廉价等功能与价值的宽物场、远像场的光学显微技术是现代纳米工程尚未实现的追求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高效率、高敏感和高分辨率的非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法，通过两个垂直的偏振片使得其构成的腔体内的光线极其微弱来实现所谓的弱光场，防止不同光子之间的湮灭效应。另外，通过旋转整个光场，来观察光场中的某些被测试样对弱光场的响应，根据被测试样的响应，比如说在每个像素里面获得的变化曲线，通过对变化曲线或响应的本征拟合，从而能获得被测试样对不同光子的状态的改变，利用每一个光场点的改变的不同，形成非直观参数的灰度差，最终形成图像。由于这个图像大量的消除了衍射效应，从而使得这个图像本身具有超分辨的功能。系统装置包括计算机、电机驱动器、显微镜模块，其中显微镜模块包括相机、检偏器、透射起偏器、反射起偏器和微型电机模块，其中透射起偏器设置于显微镜透射光路的灯室前，透射起偏器的前方设置反射镜，样品位于反射镜和物镜之间，反射起偏器设置于显微镜反射光路的灯室前，反射起偏器的前方设置分束镜，分束镜与相机之间设置检偏器，该检偏器与透射起偏器、反射起偏器在微型电机模块的控制下进行旋转，微型电机模块在电机驱动器的驱动下工作，所述电机驱动器在计算机的控制下工作，所述分束镜同时位于检偏器与显微镜的物镜之间，相机与计算机连接，将检测到的信息传输给计算机；

反射情况下，显微镜反射光路的灯室发出的光线通过反射起偏器调制后由分束镜反射后通过显微镜的物镜照射到样品上，经样品反射后的光线依次通过显微镜的物镜、分束镜、检偏器后由相机采集；

透射情况下，显微镜透射光路的灯室发出的光线通过透射起偏器调制后由反射镜反射后照射到样品上，透过样品的光线依次通过显微镜的物镜、分束镜、检偏器后由相机采集；

相机所采集的带有不同偏振信息的图输入计算机进行处理，从而获得待测样品的非直观图像。

优选地，所述所述反射起偏器（10）、透射起偏器（9）和检偏器（4）由微型电机模块（13）控制实现三者同步转动，转动精度达到0.02°。

优选地，所述透射起偏器（9）与检偏器（4）始终保持正交偏振状态。

优选地，所述反射起偏器（10）与检偏器（4）始终保持正交偏振状态。

优选地，所述反射起偏器（10）、透射起偏器（9）和检偏器（4）均为可见光波段的线偏振片。

一种基于权利要求1所述的非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法，其特征在于，反射光路步骤如下：

步骤1、将样品（7）置于显微镜的载物台上；

步骤2、打开显微镜反射光路的灯室（12）对载物台上的样品（7）进行照明，利用相机（3）获得一幅光强图片，作为未被处理的原始图像并输入计算机（1）；

步骤3、通过电机驱动器（2）驱动微型电机（13）控制反射起偏器（10）与检偏器（4）进行同步周期性的转动，每转动固定角度，通过相机（3）采集图像，获得多幅光强图并输入计算机（1）；

步骤4、计算机（1）根据输入的光强图确定光强图的相位差和方位角；

步骤5、利用步骤4所得相位差、方位角的值分别形成灰度图像，所述灰度图像中每点的灰度值代表相位差或方位角的大小，对不同颜色进行赋值形成假彩色图像，调整成像的对比度获得样品的相位差非直观图像、方位角非直观图像；

步骤6、根据相位差、方位角，通过Mueller矩阵确定Stokes参量并进行Stokes参数非直观成像。

一种基于权利要求1所述的非直观弱光场超分辨成像测量系统和方法，其特征在于，透射光路步骤如下：

步骤1、将样品（7）置于显微镜的载物台上；