单像素荧光和相位成像系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111474145A(43)申请公布日2020.07.31(21)申请号202010195012.X(22)申请日2020.03.19(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人戴琼海刘洋索津莉(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人王艳斌(51)Int.Cl.G01N21/64(2006.01)G01N21/01(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称单像素荧光和相位成像系统及方法(57)摘要本发明公开了一种单像素荧光和相位成像系统及方法，其中，方法包括：空间滤波器，用于生成准直高斯光束；二值复振幅调制系统，用于得到二维复振幅照明图案；成像系统，用于透射或者反射得到经过调制后的场；荧光和相位分离系统，用于使每一臂只对应保留相应的信息；单像素采集系统，用于得到对应复振幅照明下的单像素的复振幅和荧光测量值；处理器，用于得到单像素对应于该强度图案的复振幅测量值，且分别重建出原样本的复振幅分布和荧光强度分布。该系统可以实现无需对齐的、高灵敏度、极弱光探测的同时荧光和相位成像，且由于在极弱光照和宽光谱范围内单像素成像，使得极弱光下的荧光和相位成像和太赫兹乃至X射线的荧光和相位成像成为可能。CN111474145ACN111474145A权利要求书1/1页1.一种单像素荧光和相位成像系统，其特征在于，包括：空间滤波器，用于生成准直高斯光束；二值复振幅调制系统，用于对所述准直高斯光束进行二值强度调制，得到二维复振幅照明图案；成像系统，用于将所述二维复振幅照明图案成像至样本平面，使照明视场和分辨率适应于待观测样本，且与样本作用，透射或者反射得到经过调制后的场；荧光和相位分离系统，用于将待测量的相位臂与荧光臂进行分离，使每一臂只对应保留相应的信息；单像素采集系统，用于分别对所述相位臂与所述荧光臂进行傅里叶面单点强度的采集和荧光总强度的采集，得到对应复振幅照明下的单像素的复振幅和荧光测量值；以及处理器，用于对同轴全息的三步相移的傅里叶面单点强度的测量值进行计算，得到单像素对应于该强度图案的复振幅测量值，并且利用荧光总强度的测量值得到对应于该强度图案的荧光测量值，及利用空间光调制器的多次调制图案和对应的测量值进行计算重建，利用压缩感知的方法分别重建出原样本的复振幅分布和荧光强度分布。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空间滤波器包括：准直透镜和针孔，所述针孔位于物镜焦面处，以生成所述准直高斯光束；光学调整架，用于固定物镜和所述准直透镜，并调整器件角度使出射光束平直；平移台，用于固定所述针孔，并且调整所述针孔与所述物镜之间的间距至目标间距。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：空间调制器，用于将所述空间滤波器出射的准直高斯光束进行空间调制，得到空间编码的结构光照。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像系统具体用于利用Lee全息方法将数字微镜器件的二值调制转化为复振幅调制。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述荧光和相位分离系统具体用于利用荧光的发射频谱与激发频谱之间的Stokes平移现象，并用二向色镜将荧光从原光路中分离，得到分离后的荧光和相位信息。6.一种单像素荧光和相位成像方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的系统，其中，方法包括：生成准直高斯光束；对所述准直高斯光束进行二值强度调制，得到二维复振幅照明图案；将所述二维复振幅照明图案成像至样本平面，使照明视场和分辨率适应于待观测样本，且与样本作用，透射或者反射得到经过调制后的场；将待测量的相位臂与荧光臂进行分离，使每一臂只对应保留相应的信息；分别对所述相位臂与所述荧光臂进行傅里叶面单点强度的采集和荧光总强度的采集，得到对应复振幅照明下的单像素的复振幅和荧光测量值；以及对同轴全息的三步相移的傅里叶面单点强度的测量值进行计算，得到单像素对应于该强度图案的复振幅测量值，并且利用荧光总强度的测量值得到对应于该强度图案的荧光测量值，及利用空间光调制器的多次调制图案和对应的测量值进行计算重建，利用压缩感知的方法分别重建出原样本的复振幅分布和荧光强度分布。2CN111474145A说明书1/8页单像素荧光和相位成像系统及方法技术领域[0001]本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种单像素荧光和相位成像系统及方法。背景技术[0002]相关技术，单像素成像方法是利用已知的结构光照对样本进行编码采集，并用多次采集的总强度信息和对应的照明图案进行计算重建得到样本的二维强度分布的成像方法。该方法与传统的面阵传感器的探测的显著差异在于其利用单像素的探测代替了面阵传感器的探测，并且以结构光照携带相应的空间位置