[发明专利]一种单分子定位显微成像方法、光学组件及成像系统

权利要求书

1.一种单分子定位显微成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

创建同时具有双螺旋点扩散函数和变形多值纯相位光栅多阶成像性质的光学模块；

多个样品面的待测分子发出的荧光光束通过所述光学模块后在同一探测面的不同位置成像得到各自的双螺旋图像；

根据所述双螺旋图像中双螺旋旁瓣的中心在成像面上的位置确定待测分子的横向位置；

根据所述双螺旋图像中双螺旋旁瓣的中点及两个旁瓣之间的连线的旋转角度确定待测分子的轴向位置；

所述创建同时具有双螺旋点扩散函数和变形多值纯相位光栅多阶成像性质的光学模块的步骤包括：

对变形光栅进行相位编码获得多值相位形式的变形多值纯相位光栅；

所述变形多值纯相位光栅的透过率函数为：

其中i²＝-1，(x,y)为变形多值纯相位光栅入瞳面的坐标；Λ为x方向上光瞳孔径中心的光栅周期；离焦相位R为变形多值纯相位光栅的光瞳半径，n₀是聚焦区域的折射率，K为常数，W₂₀为离焦系数，m为衍射级，C_m为对应的衍射系数，λ为光的波长；

所述衍射系数C_m为：

其中N是一个周期内被划分的块数；是第n块的相位分布值；

在光栅相位生成中，生成一个二值相位光栅，将的值依序赋值到二值相位光栅的相位区域内，将原本的二值相位转换为多值相位的形式。

2.根据权利要求1所述的单分子定位显微成像方法，其特征在于，所述创建同时具有双螺旋点扩散函数和变形多值纯相位光栅多阶成像性质的光学模块的步骤还包括：

将双螺旋点扩散函数相位引入所述变形多值纯相位光栅中，获得具有双螺旋点扩散函数和变形多值纯相位光栅多阶成像性质的光学模块。

3.根据权利要求2所述的单分子定位显微成像方法，其特征在于，所述双螺旋点扩散函数相位为光瞳平面沿直径方向上的涡旋光的叠加：

其中(x,y)为相位片的光瞳坐标；(x_k,y_k)为第k个螺旋光的相位奇点的坐标；R_dh为光瞳半径；N_dh为螺旋光的数目,当N_dh增加时，光强更加集中在两个旁瓣上；M为(N_dh-1)/2。

4.根据权利要求1所述的单分子定位显微成像方法，其特征在于，所述对变形光栅进行相位编码获得多值相位形式的变形多值纯相位光栅的步骤包括：

根据公式计算得到并生成一个二值相位光栅，在一个归一化的周期内，其光栅条纹的每个离散的相位所占宽度为

引入与公式中相同的离焦相位ψ_w，其透过率表达式为其中M₀为傅里叶级数截断级，其m级的衍射系数A_m为

取T_grating(x,y)的实数部分，并将数值大于0的部分赋值为1，数值小于0的部分赋值为-1，得到黑白相间的光栅相位分布；

将的值依序赋值到黑和白的相位区域内，将二值相位转换为多值相位的形式。

5.根据权利要求2所述的单分子定位显微成像方法，其特征在于，所述光学模块的相位函数为：

其中，为双螺旋相位片的相位，为变形多值纯相位光栅的相位。