[发明专利]基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像装置和方法

权利要求书

1.一种基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像方法，其特征在于，该方法基于一种基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像装置，包括：偏振照明模块、光束扫描模块以及检偏探测模块，所述偏振照明模块、光束扫描模块和检偏探测模块沿光线传播方向依次布置；

所述偏振照明模块沿光线传播方向依次设有激光器(1)、第一偏振片(2)以及四分之一玻片(3)；

所述光束扫描模块沿光线传播方向依次设有二维扫描振镜(4)、扫描透镜(5)、第一管镜(6)、激光扩束镜(7)、圆锥反射镜(8)以及圆锥透镜(9)，所述扫描透镜(5)的工作面置于所述第一管镜(6)的前焦面位置，经所述圆锥反射镜(8)反射的光线与所述圆锥透镜(9)的入射面垂直；

所述检偏探测模块沿光线传播方向依次设有物镜(11)、第二偏振片(12)、第二管镜(13)以及相机(14)；

方法包括：

步骤1：使用所述的成像装置进行照明光束扫描，在成像装置中的二维扫描振镜为无偏转状态下，即入射角θ_i＝0°时，获取垂直入射下待测样品透射光场光强分布图像；

步骤2：改变二维扫描振镜的偏转状态，获得某一入射角θ_i＝θ_p下的透射光场光强分布图像；

步骤3：控制二维扫描振镜，对样品进行360°圆周扫描，获得入射角θ_p下的不同照明方位角的透射光场光强分布图像集；

步骤4：继续改变二维扫描振镜的偏转状态，逐次增大入射角θ_i，获得不同入射角θ_i以及不同照明方位角α_j下待测样品的透射光场光强分布图像集；

步骤5：继续改变二维扫描振镜的偏转状态，使得入射角θ_i大于全内反射临界角，控制二维扫描振镜对样品进行360°圆周扫描，获得倏逝场照明下不同照明方位角的散射光场光强分布图像集；

步骤6：应用傅里叶叠层成像算法进行频谱合成迭代求解，计算出待测样品的高分辨率复振幅最优解，得到高分辨率待测样品图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤101：激光器发出的平行激光光束，经过第一偏振片和四分之一玻片后形成圆偏振光束；

步骤102：设置二维扫描振镜为无偏转状态，圆偏振光束经过二维扫描振镜反射后，通过扫描透镜聚焦至第一管镜的前焦面处，依次通过第一管镜、激光扩束镜生成平行光；

步骤103：通过圆锥透镜后以0°入射角照明样品，携带待测样品信息的透射光通过物镜、第二偏振片和第二管镜后被相机接收，获得垂直入射下待测样品透射光场光强分布图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤301：控制二维扫描振镜，使照明光束在指定半径的圆周上移动；

步骤302：每移动一次，相机拍摄一次图像，每次移动360°/N；

步骤303：扫描一圈后得到透射光场光强分布图像集：

{I(θ_p，α_j)，j＝1,2,3,…,N}

其中，θ_p为当前二维扫描振镜的偏转状态下的入射角，α_j为360°圆周扫描过程中的不同照明方位角，N为图像总张数。

4.根据权利要求3所述的一种基于频谱合成的超分辨全内反射显微成像方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

步骤401：改变二维扫描振镜的偏转状态，使入射角θ_i以相同角度间隔增加M次；

步骤402：每改变一次入射角度θ_i，重复一次步骤3的操作，得到M×N张倾斜入射下待测样品透射光场光强分布图像集：

{I(θ_i，α_j)，i＝1,2,3,…,M，j＝1,2,3,…,N}

其中，θ_i为二维扫描振镜调整过程中的不同的入射角，α_j为360°圆周扫描过程中不同照明方位角。