其中0&)為探測函數(shù)，式中^，^分別表示物空間坐標;11，2分別表示照明系 統(tǒng)和探測系統(tǒng)放大倍率；掃描位置坐標和像空間坐標，Ii 1 (r)、〇 (r)、h2(r)分別表示照明系 統(tǒng)點擴散函數(shù)，物函數(shù)和探測系統(tǒng)點擴散函數(shù)。
[0037] 所述探測面采用非均勻探測方式，在探測面區(qū)域內進行積分，改變對應探測位置 的光靈敏度系數(shù)，進而使探測函數(shù)成正弦分布。
[0038] 步驟二、將步驟一所述的積分光強轉換成三維卷積形式：
[0040] 式中味為三維卷積符號，通過（2)式得到三維光強點擴散函數(shù)（IPSF)h(r)為：
[0042] 步驟三、對三維光強點擴散函數(shù)（IPSF)h(r)進行三維傅里葉變換，即可獲得系統(tǒng) 的光學傳遞函數(shù)（OTF):
[0044] 從OTF角度分析，收集物鏡的OTF與探測函數(shù)頻譜乘積導致收集物鏡的等效OTF 帶寬變小，從而整個系統(tǒng)OTF帶寬變小。點探測條件下，系統(tǒng)OTF帶寬最大，為普通顯微鏡 的2倍。探測面積無窮大條件下，系統(tǒng)OTF帶寬最最小。
[0045] 在基本共焦系統(tǒng)中，探測函數(shù)為D(r) = circ(r/rd) δ (z)，其傅里葉變換歸一化仿 真圖如圖2所不。
[0046] 所述掃描系統(tǒng)7在掃描過程中探測光斑在探測面的位置不變。
[0047] 所述探測面采用非均勻探測方式，使得探測面內探測靈敏度系數(shù)成正弦分布，在 探測面區(qū)域內進行積分，改變對應探測位置的光靈敏度系數(shù)，進而使探測函數(shù)成正弦分布。
[0048] 本實施例中取探測函數(shù)為：
[0049] D(r) = (2/25+cos (2 π f0x)+cos (2 π f0y)) circ (r/rd) δ (z) (5)；
[0050] 式中f。表示探測函數(shù)中余弦分量的空間頻率；r ,表示探測函數(shù)的半徑。
[0051] 式中，
NA = 0· 1，λ = 660nm，通過（5)式獲得積分光強， 化成卷積形式，并進行傅里葉變換：
[0053] 式中的/)〇,")表示探測函數(shù)頻譜；m，η分別表示X，y方向頻率成分。
[0054] 所述探測光斑光強乘以半徑為艾里斑半徑的圓函數(shù)并對計算后的圓函數(shù)內光強 積分實現(xiàn)針孔探測，通過該方法替代現(xiàn)有技術中探測器前的針孔，實現(xiàn)了針孔探測功能。
[0055] 圖 3 是探測函數(shù) D (r) = (2/25+cos (2 π f0x)+cos (2 π f0y)) circ (r/rd) δ (z)的傅 里葉變換歸一化仿真圖。
[0056] 此時，共焦系統(tǒng)的OTF變?yōu)椋?br>[0058] 圖4是NA = 0. 1，λ = 660nm，探測面針孔半徑
時，基本共焦顯微系統(tǒng) 的OTF歸一化仿真圖。
[0059] 圖5是NA = (λ 1，λ = 660nm，探測面針孔半徑
探測函數(shù)D(r)= (2/25+cos (2 π f〇x) +cos (2 n f〇y)) circ (r/rd) δ (z),.
時，結構探測共焦系統(tǒng) OTF 歸一化仿真圖。
[0060] 圖6是NA = 0. 1，λ = 660nm，探測面針孔半徑
探測函數(shù)D(r)= (2/25+cos (2 π f〇x) +cos (2 jt f〇y)) circ (r/rd) δ (z),
時，結構探測共焦系統(tǒng) OTF 與基本共焦系統(tǒng)OTF在fx方向對比歸一化仿真圖。
[0061] 通過對比圖6中兩條曲線，可明顯看出，結構探測共焦顯微系統(tǒng)OTF截止頻率相對 于基本共焦顯微系統(tǒng)得到提高。
[0062] 圖7是X方向和y方向上間隔為3. 02um的條紋樣品仿真圖。
[0063] 圖8和圖9分別是基本共焦顯微系統(tǒng)中所探測到的樣品頻譜信息，及樣品在基本 共焦顯微系統(tǒng)中所成像仿真圖。
[0064] 圖10和圖11分別是結構探測共焦顯微系統(tǒng)中所探測到的樣品頻譜信息，及樣品 在結構探測共焦顯微系統(tǒng)中所成像仿真圖。
[0065] 通過對比圖8和圖10可看出本實施例能探測到的最高樣品頻率明顯高于基本共 焦顯微系統(tǒng)。
[0066] 通過對比圖9和圖11，可看出結構探測共焦超分辨方法得到的積分光強圖像分辨 力明顯高于基本共焦顯微系統(tǒng)，結合圖12的對比結果，本實施例實現(xiàn)了共焦顯微系統(tǒng)的二 維超分辨，共焦顯微系統(tǒng)的等效OTF帶寬得到拓展。
【主權項】
1. 一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置，包括激光光源（1)，其特征在于：沿激光光 源（1)光線傳播方向依次設有準直擴束器（2)、分光棱鏡（3)、1/4波片（5)、掃描系統(tǒng)（7)、 照明物鏡（8)、熒光樣品（9)、收集透鏡⑷和CCD探測器（6)。2. 根據(jù)權利要求1所述一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置，其特征在于：所述掃 描系統(tǒng)（7)包括掃描振鏡，掃描振鏡改變光束偏轉角在熒光樣品的物面進行掃描。3. 基于權利要求1所述一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置的成像方法，其特征在 于：包括以下步驟： 步驟一、利用CCD探測器的探測函數(shù)獲得共焦系統(tǒng)的積分光強； 步驟二、根據(jù)步驟一所述的積分光強獲得共焦系統(tǒng)的三維光強點擴散函數(shù)； 步驟三、對步驟二所述的三維光強點擴散函數(shù)進行三維傅里葉變換，獲得共焦系統(tǒng)的 光學傳遞函數(shù)。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置的成像方法，其特 征在于：所述步驟一具體包括：所述探測面采用非均勻探測方式，使得探測面內探測靈敏 度系數(shù)成正弦分布，探測光斑光強在半徑為艾里斑半徑的圓函數(shù)內乘以正弦分布的探測系 數(shù)，得到共焦系統(tǒng)的積分光強。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種超分辨結構探測共焦相干成像裝置的成像方法，其特征 在于：所述探測面采用非均勻探測方式，改變對應探測位置的光靈敏度系數(shù)，進而使探測函 數(shù)成正弦分布。6. 根據(jù)權利要求3所述的一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置的成像方法，其特征 在于：所述步驟二獲得共焦系統(tǒng)三維光強點擴散函數(shù)的方法包括：將步驟一所述的積分光 強轉換成三維卷積形式。7. 根據(jù)權利要求3所述的一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置的成像方法，其特征 在于：所述掃描系統(tǒng)（7)在掃描過程中探測光斑在探測面的位置不變。8. 根據(jù)權利要求3所述的一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置的成像方法，其特征 在于：所述探測光斑光強乘以半徑為艾里斑半徑的圓函數(shù)并對計算后的圓函數(shù)內光強積分 實現(xiàn)針孔探測。
【專利摘要】一種超分辨結構探測共焦熒光成像裝置及其成像方法，它涉及一種成像裝置及其成像方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有共焦限位技術的分辨力難以提高，共焦成像不清晰的問題。本發(fā)明包括激光光源，沿激光光源光線傳播方向依次設有準直擴束器、分光棱鏡、1/4波片、掃描系統(tǒng)、照明物鏡、熒光樣品、收集透鏡和CCD探測器，探測面上進行積分，改變對應探測位置的光靈敏度，使系統(tǒng)OTF帶寬變大。本發(fā)明提高了共焦熒光成像系統(tǒng)的空間截止頻率，拓寬空間頻域帶寬，從而顯著改善成像系統(tǒng)橫向分辨力，適用于厚生物樣品成像的測量領域。
【IPC分類】G01N21/64
【公開號】CN105319196
【申請?zhí)枴緾N201510868015
【發(fā)明人】王寶凱, 張甦, 鄒麗敏, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月30日