專利名稱:亞像元分割編碼顯微成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)波段顯微探測(cè)成像裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有成像裝置光學(xué)顯微鏡以不帶電的光子為信息載體，對(duì)細(xì)胞干擾很小，是生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的基本工具。盡管其他類顯微鏡，如電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡早已具有亞納米級(jí)的分辨率，但是由于光學(xué)波段的電磁波所具有的特征能量與生物物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)能量相近，很容易發(fā)生某種形式的相互作用，從而可以通過此種相互作用去進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)且又不損傷這些物質(zhì)的生物活性。所以至今世界上許多先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室一直在努力探索光學(xué)近場(chǎng)成像的特性，以便利用這些特性服務(wù)于人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這其中主要的一個(gè)方面就是光學(xué)波段超分辨探測(cè)技術(shù)。現(xiàn)有近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡均須借助于某種型式的近場(chǎng)探針，以便提取待測(cè)目標(biāo)表面近場(chǎng)中某處一個(gè)極小區(qū)域的光學(xué)近場(chǎng)信號(hào)(近場(chǎng)僅存在于物體表面亞波長的近處，探針感應(yīng)該點(diǎn)的光學(xué)近場(chǎng)，并將其轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)波送往光纖的另一端)，該區(qū)域一般遠(yuǎn)小于光學(xué)分辨率限制依據(jù)的瑞利判據(jù)所限定的區(qū)域，這種探針可以是有孔(通光)也可以是無孔(不直接通光)。從工作原理上看近場(chǎng)探針的作用是提取在近目標(biāo)區(qū)的隱失波中所攜帶的超分辨信息，并通過探針的傳光結(jié)構(gòu)(光波導(dǎo)纖維)將隱失波轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)波，然后傳往光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器，獲得相應(yīng)的電信號(hào)；近場(chǎng)探針在測(cè)控單元的幫助下保持住針尖與待測(cè)目標(biāo)的間距在所需近場(chǎng)范圍，并由二維掃描機(jī)構(gòu)拖動(dòng)探針在目標(biāo)上作二維掃描，從而完成目標(biāo)的超分辨光學(xué)圖像的探測(cè)。現(xiàn)有近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(以可見光為例)主要由探針、掃描機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成探針具有納米針尖；掃描機(jī)構(gòu)保持探針到樣品待測(cè)點(diǎn)間的距離為十幾納米并拖動(dòng)探針相對(duì)于待測(cè)樣品的表面做二維(X-Y方向)；控制系統(tǒng)保證在每一探測(cè)位置針尖與樣品間距為一定的距離(極近的)。目前，世界上僅有幾家廠商生產(chǎn)這種近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡，其X-Y方向的分辨率一般為50nm。現(xiàn)有探針掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡存在下述問題
(I)現(xiàn)有探針通光效率低下，經(jīng)探針?biāo)鸭墓庑盘?hào)很難再經(jīng)過分光系統(tǒng)去做光譜探測(cè)；探針通光少了就要使用極高靈敏度的探測(cè)器，將導(dǎo)致在沒有光電倍增管的工作波段(光學(xué)波段)很難達(dá)到適當(dāng)?shù)男旁氡取?br>(2)針尖與樣品間距的控制系統(tǒng)的存在使得這種顯微鏡耐受外加場(chǎng)的能力很小，而研究外加場(chǎng)，例如高電壓場(chǎng)或各種強(qiáng)度恒定或變化電磁場(chǎng)作用下的細(xì)胞變化是人類在社會(huì)發(fā)展中所共同關(guān)注的課題。
由于控制系統(tǒng)控制針尖至樣品被探測(cè)點(diǎn)的間距控制及掃描控制，這種機(jī)構(gòu)對(duì)平坦樣品尚可克服技術(shù)難點(diǎn)，但對(duì)不平樣品就幾乎難以實(shí)現(xiàn)超近距離的間距控制及掃描控制。另外，探針能夠掃描的范圍很小，也就是視場(chǎng)很小。在這種控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)條件下，成像速度也比較低。
(3)控制系統(tǒng)的激光光源、掃描機(jī)構(gòu)及探針本身的附屬機(jī)構(gòu)都占用空間，使得樣品不可能再被其他探測(cè)方法同時(shí)觀測(cè)，因而幾乎不存在多方法聯(lián)用的可能性。
現(xiàn)有一般顯微鏡的物鏡全部遵循一個(gè)規(guī)律，即低倍物鏡視場(chǎng)大而分辨率低，高倍物鏡分辨率高卻視場(chǎng)小，想要分辨率高的同時(shí)還要視場(chǎng)大，是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出兩種亞像元分割編碼顯微成像裝置，解決現(xiàn)有近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡成像速度慢、控制困難的問題；同時(shí)解決一般顯微鏡分辨率受到光學(xué)衍射限制而不能繼續(xù)提高、分辨率和視場(chǎng)范圍存在矛盾的問題。
本發(fā)明的一種亞像元分割編碼成像裝置，包括順序排列的取景窗、編碼板和面陣光電探測(cè)器，所述取景窗為矩形透光窗，所述編碼板為表面具有能遮擋工作波段光的亞波 長厚度金屬鍍膜的石英玻璃板或者能遮擋工作波段光的亞波長厚度自支撐金屬膜，金屬鍍膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，所述亞波長小孔陣列中，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；其特征在于
所述編碼板和面陣光電探測(cè)器之間設(shè)置有顯微物鏡；
所述亞波長小孔陣列由MXN個(gè)子陣列加上編碼所必需的P-I列組成，為M行NXP+P-1列的陣列，每個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元，均為按P階循環(huán)s矩陣排列的小孔陣列，M = 3 1024，N = 3 1024，分別為最終成像的像元的行數(shù)和列數(shù)，P = 3、
7、11、15、19、23、31、35、43、47、63、71、79、83、103、127、255、511 或 1023 ;亞波長小孔陣列中最右邊的P-I列與最左邊的P-I列相同；
各子陣列構(gòu)成相同，均為由O和I組成的P行P列循環(huán)s矩陣的任一行構(gòu)成；
P = 3 時(shí)，首行為 101，
P = 7 時(shí)，首行為 1110100，
P = 11 時(shí)，首行為 11011100010，
P = 15 時(shí)，首行為 000100110101111,
P = 19 時(shí)，首行為 1100111101010000110,
P = 23 時(shí)，首行為 11111010110011001010000,
P = 31 時(shí)，首行為 0000100101100111110001101110101,
P = 35 時(shí)，首行為 00100110101000010011101111100011101,
P = 43時(shí)，首行為
1100101001110111110001011100000100011010110,
P = 47時(shí)，首行為
11111011110010101110010011011000101011000010000,
P = 63時(shí)，首行為
00000100001100010100111101000111001
0010110111011001101010111111，
P = 71時(shí)，首行為
11111 11011 10100 11011 10001 10101
10100 01110 10010 10011 10001 00110
10001 00000 O,[0033]P = 79時(shí)，首行為
11101 10011 11010 01011 11110 11000
01100 01010 10101 11001 11100 10000
00101 10100 00110 0100,
p = 83時(shí)，首行為
11011 00101 11100 01100 01010 11111
11010 01110 11001 00011 01000 00001
01011 10011 10000 10110 010，
P =103 時(shí)，首行為
11101 00111 00011 11111 00010 11011
10111 01010 01000 01001 10100 11011
11011 01010 00100 01001 01110 00000
01110 00110 100,
P =127 時(shí)，首行為
000000 10000 0110 00010 10001 11100
100010 11001 1101 01001 11110 10000
111000 10010 0110 11010 11011 11011
00011 01001 01110 11100 11001 01010
11111 11，
P = 225 時(shí)，首行為
00000 00101 11000 11101 11100 01011
00110 11000 01111 00111 00001 01011
11111 10010 11110 10010 10000 11011
10110 11111 01011 10100 00011 00101
01010 00110 10110 00110 00001 00101
10110 10100 11010 01111 11011 10011
00111 10110 01000 01000 00011 10010
01001 10001 00111 01010 11010 00100[0061]01010 01000 11111,
以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、100、101、110、111 ；
P = 511 時(shí)，首行為
00102 14116 25303 36467 10502 55176
62226 77115 23140 14312 15137 64261
65454 74373 50153 33540 55372 52012
25713 56016 35117 27242 20634 13666
32073 60777 01737 05631 01123 55074
76330 52216 15527 04610 4，
P =IO23 時(shí)，首行為[0071]00040 22101 44641 12417 27266 60030
15460 53270 67704 36366 64012 05524
37362 26023 10506 67007 43577 10305
56415 26362 66202 11140 26123 54705
76505 66541 46650 16475 15223 40763
46750 52676 04721 65755 10205 12616
37660 43234 47415 66143 67644 5006431351 32105 46451 06073 36027 12716
73463 52736 62423 30416 27624 63125
17630 65715 32304 56057 25277 64052
27425 73523 34434 37760 07037 56117
43175 31311 I。
本發(fā)明的又一種亞像元分割編碼成像裝置，包括順序排列的取景窗、編碼板和面陣光電探測(cè)器，所述取景窗為矩形透光窗，所述編碼板為表面具有能遮擋工作波段光的亞波長厚度金屬鍍膜的石英玻璃板或者能遮擋工作波段光的亞波長厚度自支撐金屬膜，金屬鍍膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，所述亞波長小孔陣列中，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；其特征在于
所述編碼板和面陣光電探測(cè)器之間設(shè)置有顯微物鏡；
所述亞波長小孔陣列由MXN個(gè)子陣列加上編碼所必需的P-I列組成，每個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元，均為按P階循環(huán)S矩陣排列的小孔陣列；M = 3 1024，N=3 1024，分別為最終成像的像元的行數(shù)和列數(shù)，P = 15、35、63、255、511或1023 ;各子陣列均為KXL陣列或LXK陣列，由O和I組成的P行P列循環(huán)s矩陣的任一行按K行或L行折疊構(gòu)成，KXL = P ；
P = 15 時(shí)，首行為 000100110101111,
P = 35 時(shí)，首行為 00100110101000010011101111100011101,
P = 63時(shí)，首行為
00000100001100010100111101000111001
0010110111011001101010111111，
P = 225 時(shí)，首行為
00000 00101 11000 11101 11100 01011
00110 11000 01111 00111 00001 01011
11111 10010 11110 10010 10000 11011
10110 11111 01011 10100 00011 00101
01010 00110 10110 00110 00001 00101
10110 10100 11010 01111 11011 10011
00111 10110 01000 01000 00011 10010
01001 10001 00111 01010 11010 0010001010 01000 11111,
以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、100、101、110、111 ；
P = 511 時(shí)，首行為
00102 14116 25303 36467 10502 55176
62226 77115 23140 14312 15137 64261
65454 74373 50153 33540 55372 52012
25713 56016 35117 27242 20634 13666
32073 60777 01737 05631 01123 55074
76330 52216 15527 04610 4，
P = 1023 時(shí)，首行為
00040 22101 44641 12417 27266 60030
15460 53270 67704 36366 64012 05524
37362 26023 10506 67007 43577 10305
56415 26362 66202 11140 26123 54705
76505 66541 46650 16475 15223 40763
46750 52676 04721 65755 10205 12616
37660 43234 47415 66143 67644 50064
31351 32105 46451 06073 36027 12716
73463 52736 62423 30416 27624 63125
17630 65715 32304 56057 25277 64052
27425 73523 34434 37760 07037 56117
43175 31311 I ；
A.子陣列為KXL陣列時(shí)，所述亞波長小孔陣列為(KXM行(NXL) + (P_1)列的陣列，其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)K行構(gòu)成方式自左至右為
第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、…第N個(gè)子陣列、KX (P-I)附加子陣列，
第2 N個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行,J = I L,當(dāng) J+1 > LW，取 J= I ；
第I個(gè)K行中最右邊的KX (P-I)附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)S矩陣的循環(huán)關(guān)系；
亞波長小孔陣列的第2 第M個(gè)K行構(gòu)成方式和第I個(gè)K行構(gòu)成方式相同；
B.子陣列為LXK陣列時(shí)，所述亞波長小孔陣列為(LXM)行(NXK) + (P_1)列的陣列，其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)L行構(gòu)成方式自左至右為
第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、…第N個(gè)子陣列、LX (P-I)附加子陣列，
第2 N個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行,J = I K,當(dāng)J+1 >1(時(shí)，取
=I ；
第I個(gè)L行中最右邊的LX (P-I)附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)S矩陣的循環(huán)關(guān)系；
亞波長小孔陣列的第2 第M個(gè)L行構(gòu)成方式和第I個(gè)L行構(gòu)成方式相同。
所述的亞像元分割編碼成像裝置，其特征在于
組成所述亞波長小孔陣列的子陣列中，所述小孔端面形狀為圓形、包括三角形和四邊形的多邊形、C形或者W形；小孔垂直方向形狀為圓臺(tái)、圓柱、棱臺(tái)、棱柱或者臺(tái)階孔。
矩形透光窗截取成像所需的面積即對(duì)應(yīng)面陣光電探測(cè)器接受光信號(hào)的全部面積，即MXN對(duì)應(yīng)的區(qū)域，經(jīng)過編碼板的信號(hào)光被顯微物鏡收集，顯微物鏡將經(jīng)過編碼板分割編碼的信號(hào)光成像到面陣光電探測(cè)器上，編碼板的每一個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元(并不含附加像元)，來自每個(gè)物方像元的光照射到面陣光電探測(cè)器上對(duì)應(yīng)的敏感元上，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，送往后續(xù)裝置進(jìn)行記錄、信號(hào)處理和成像。
利用本發(fā)明，以亞像元分割編碼的方式對(duì)一幀圖像的每一個(gè)像元進(jìn)行亞像元分割編碼，然后從面陣光電探測(cè)器得到的圖像中解碼出每一個(gè)亞像元的值，從而得到比面陣光電探測(cè)器給出的原始圖像分辨率高的圖像幅度相同的新圖像，也就是總共得到兩幅圖像，兩幅圖像的幅度相同但是其中一幅圖像的總像素要比另外一幅高η倍，η為亞像元分割的次數(shù)，也就是亞波長小孔子陣列的階數(shù)。
正是由于這種亞波長分割編碼是對(duì)于顯微物鏡的每一個(gè)像元進(jìn)行的，所以當(dāng)顯微物鏡是低倍物鏡時(shí)就擁有了大視場(chǎng)，但是由于亞波長分割編碼又對(duì)于這個(gè)物鏡的每一個(gè)像 元進(jìn)行了亞波長分割，所以在擁有大視場(chǎng)的同時(shí)又擁有了高分辨率。這就突破了傳統(tǒng)的顯微物鏡的成像分辨率和視場(chǎng)之間的固有矛盾關(guān)系。
本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是亞像元分割措施遍及整個(gè)像場(chǎng)的每一像元(即未分割前的每一個(gè)像元)；未分割前的每一個(gè)像元都施行同樣階數(shù)的分割；未分割前的每一個(gè)像元的分割都是施行同樣階數(shù)的S矩陣分割(在第一種分割方式中而且分割方式都是完全相同的)。這樣的分割可以達(dá)到最簡單的編碼板結(jié)構(gòu)，最簡單的編碼方式，最簡單的編碼板加工方式。這樣的分割方式又可以達(dá)到解決亞波長小孔陣列階數(shù)滿足阿達(dá)瑪變換光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于擾動(dòng)的反應(yīng)所導(dǎo)致的一定限制的要求，即采用低階數(shù)的亞波長小孔陣列。這樣的分割方式才可以達(dá)到解決現(xiàn)在的光學(xué)顯微鏡寬視場(chǎng)條件下分辨率不可能高的問題或者說高分辨率時(shí)視場(chǎng)必然小的問題，即采用低倍顯微鏡物鏡然后對(duì)于此物鏡所成像的寬視場(chǎng)像的每一個(gè)像元施行亞像元分割以便得到高分辨率。這樣的分割方式才可能達(dá)到寬視場(chǎng)的30納米分辨率的光學(xué)顯微鏡的理想要求。


圖I為本發(fā)明示意圖；
圖2為面陣光電探測(cè)器得到的圖像；
圖3為亞像元分割方式的變化示意；
圖4為解碼出來的高分辨率圖像；
圖5為子陣列為15階的3X5亞波長小孔陣列示意圖；
圖6為子陣列為15階的3X4亞波長小孔陣列示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖I所示，圖中，激發(fā)光I、樣品2，本發(fā)明包括順序排列的取景窗3、編碼板4、顯微物鏡5和面陣光電探測(cè)器6，所述取景窗3為矩形透光窗，在玻片上不與樣品接觸的一面的鍍金膜上制作矩形透光窗作為取景框；[0146]編碼板4為表面具有能遮擋工作波段光的亞波長厚度金屬鍍膜的石英玻璃板或者能遮擋工作波段光的亞波長厚度自支撐金屬膜，金屬鍍膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，所述亞波長小孔陣列中，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；
所述亞波長小孔陣列由MXN個(gè)子陣列加上編碼所必需的列數(shù)組成，每個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元，均為按P階循環(huán)s矩陣 排列的小孔陣列；編碼所必需的列數(shù)為 P-1。
實(shí)施例1、M = 3,N = 5，組成亞波長小孔陣列的子陣列為3階，編碼所必需的列數(shù)P = 2 ；
如圖2所示，面陣光電探測(cè)器得到的圖像由3X5個(gè)像元構(gòu)成，各像元分別以字母A O表示；亞波長小孔陣列由3X5個(gè)子陣列加編碼所必需的2列小孔所組成，各子陣列構(gòu)成相同，均為由O和I組成的3行3列循環(huán)s矩陣的任一行構(gòu)成；首行為101，
組成亞波長小孔陣列時(shí)，為3行17列的陣列
10110110110110110
10110110110110110
10110110110110110，
或
01101101101101101
01101101101101101
01101101101101101,
或
11011011011011011
11011011011011011[0161] 11011011011011011，
其中I代表穿通孔，O代表不穿孔；
每一個(gè)子陣列101對(duì)應(yīng)于面陣光電探測(cè)器得到的圖像的一個(gè)像元，實(shí)際上亞波長小孔陣列的每一行每一列都是一樣的分割方式，這樣的方式的編碼板的構(gòu)型是最簡單的，并且可以高速移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)編碼，進(jìn)而保證成像的快速性。這樣的編碼板從觀察像元的角度看也是一個(gè)完整的周期小孔陣列，從觀察亞像元的角度看則是一個(gè)隱周期小孔陣列。如圖3所示，編碼方式為每左移一個(gè)小孔，亞波長小孔陣列完成一次編碼記錄，同時(shí)CCD進(jìn)行一次光積分，得到一幅圖像。移動(dòng)三個(gè)小孔完成一個(gè)完整的編碼操作，得到三幅圖像。C⑶進(jìn)行三次光積分的數(shù)據(jù)就可以解碼出一個(gè)像元的每一個(gè)亞像元(小孔)的透過光的強(qiáng)度值，如圖4所示，圖2中的每一個(gè)像元可以解碼出三個(gè)亞像元的透過光的強(qiáng)度值，如A解碼出aia2a3，B解碼出bib2b3，…，經(jīng)解出全部像元的強(qiáng)度值就可以得到一幅提高了分辨率的圖像了。
7階以上其它階亞像元分割與此類似，只是編碼記錄次數(shù)相應(yīng)多一些而已。
實(shí)施例2、M = 3，N = 5，組成亞波長小孔陣列的子陣列為15階，編碼所必需的附加列數(shù)P-I = 14 ;各子陣列構(gòu)成相同，均為由O和I組成的15行15列循環(huán)S矩陣的任一行構(gòu)成，首行000100110101111 ;為簡化表達(dá)，以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制 000、001、010、011、100、101、110、111，首行即為 04657 ；[0166]組成亞波長小孔陣列為3行89列的陣列
04657046570465704657046570465+11
04657046570465704657046570465+11
04657046570465704657046570465+11 ；
上述陣列中，最右邊的兩列為二進(jìn)制表示，其余列均為八進(jìn)制表示。
實(shí)施例3、M = 3，N = 5，組成亞波長小孔陣列的子陣列為15階，編碼所必需的附加列數(shù)為14 ；
各子陣列均為5X3陣列，由O和I組成的15行15列循環(huán)s矩陣的首行000100110101111，按5行折疊構(gòu)成，5行3列的折疊方式為:
000
100
110
101
111
相應(yīng)的亞波長小孔陣列的第I個(gè)5行按照下述方式制作
00010011010111100010011010111
10011010111100010011010111100[0181] 11010111100010011010111100010[0182] 10111100010011010111100010011
11100010011010111100010011010
其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)5行構(gòu)成方式為，自左至右
第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、…第3個(gè)子陣列、5X 14附加子陣列，
第2 3個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行，J = I 3，當(dāng) J+1 > 3 時(shí)，取 J = I ；
第I個(gè)5行中最右邊的5X14附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)s矩陣的循環(huán)關(guān)系；亞波長小孔陣列的第2 第3個(gè)5行構(gòu)成方式和第I個(gè)5行構(gòu)成方式相同；
所述亞波長小孔陣列為KXM = 15行、NXL+P-1 = 25列的陣列(附加陣列已經(jīng)包含在內(nèi))，如圖5所示；為簡化表達(dá)，上述陣列中，最右邊的兩列為二進(jìn)制表示，其余列均為八進(jìn)制表示，以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、100、101、110、111。
這個(gè)編碼板可以實(shí)現(xiàn)五個(gè)排列成一行的五個(gè)像元的同步編碼。其操作方式為每次左移一個(gè)亞像元(小孔)，連續(xù)左移十四(p-Ι)次，就完成了這五個(gè)像元的亞像元分割編碼。解碼出來就得到75個(gè)亞像元的值，每一個(gè)五行三列就對(duì)應(yīng)于一個(gè)被分割的像元。解出來的第一個(gè)像元的15個(gè)亞像元的值及其在空間的排列如下述陣列所示。其余四個(gè)像元的亞像元的值依次排列于第一個(gè)像元的亞像元的值的右邊。
實(shí)施例4、M = 3，N = 4，組成亞波長小孔陣列的子陣列為15階，編碼所必需的附加列數(shù)為14 ；
各子陣列均為5X3陣列，由O和I組成的15行15列循環(huán)s矩陣的首行000100110101111，按5行折疊構(gòu)成，5行3列的折疊方式為
000
100
110
101
111
相應(yīng)的亞波長小孔陣列的第I個(gè)5行按照下述方式制作
0001001101011110001001101010011010111100010011010111
11010111100010011010111100[0201] 10111100010011010111100010[0202] 11100010011010111100010011
其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)5行構(gòu)成方式為，自左至右
第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、···第4個(gè)子陣列、5X 14附加子陣列，
第2 4個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行，J = I 3，當(dāng) J+1 > 3 時(shí)，取 J = I ；
第I個(gè)5行中最右邊的5X 14附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)s矩陣的循環(huán)關(guān)系；亞波長小孔陣列的第2 第3個(gè)5行構(gòu)成方式和第I個(gè)5行構(gòu)成方式相同；
所述亞波長小孔陣列為KXM = 15行NXL+P-1 = 26列的陣列(附加陣列已經(jīng)包含在內(nèi))，如圖6所示；為簡化表達(dá)，上述陣列中，最右邊的兩列為ニ進(jìn)制表示，其余列均為八進(jìn)制表示，以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示ニ進(jìn)制000、001、010、011、100、101、110、111。
權(quán)利要求
1.一種亞像元分割編碼成像裝置，包括順序排列的取景窗、編碼板和面陣光電探測(cè)器，所述取景窗為矩形透光窗，所述編碼板為表面具有能遮擋工作波段光的亞波長厚度金屬鍍膜的石英玻璃板或者能遮擋工作波段光的亞波長厚度自支撐金屬膜，金屬鍍膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，所述亞波長小孔陣列中，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；其特征在于 所述編碼板和面陣光電探測(cè)器之間設(shè)置有顯微物鏡； 所述亞波長小孔陣列由MXN個(gè)子陣列加上編碼所必需的P-I列組成，SMRNXP +P-I列的陣列，每個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元，均為按P階循環(huán)s矩陣排列的小孔陣列，M = 3 1024，N = 3 1024，分別為最終成像的像元的行數(shù)和列數(shù)，P = 3、7、11、-15、19、23、31、35、43、47、63、71、79、83、103、127、255、511 或 1023 ;亞波長小孔陣列中最右邊的P-I列與最左邊的P-I列相同； 各子陣列構(gòu)成相同，均為由O和I組成的P行P列循環(huán)s矩陣的任一行構(gòu)成； P = 3時(shí)，首行為101， P = 7時(shí)，首行為1110100， P = Il 時(shí)，首行為 11011100010, P = 15 時(shí)，首行為 000100110101111, P = 19 時(shí)，首行為 1100111101010000110, P = 23 時(shí)，首行為 11111010110011001010000, P = 31 時(shí)，首行為 0000100101100111110001101110101, P = 35 時(shí)，首行為 00100110101000010011101111100011101, P = 43時(shí),首行為
-1100101001110111110001011100000100011010110, P = 47時(shí),首行為 -01100 01010 10101 11001 11100 10000
-0010110100 00110 0100， P = 83時(shí)，首行為
-11011 00101 11100 01100 01010 11111
-1101001110 11001 00011 01000 00001
-01011 10011 10000 10110 010,P = 103時(shí)，首行為
·11101 00111 00011 11111 00010 11011
·10111 01010 01000 01001 10100 11011
·1101101010 00100 01001 01110 00000
·01110 00110 100， P = 127時(shí)，首行為
·00000 01000 00110 00010 10001 11100
·10001 01100 11101 01001 11110 10000
·11100 01001 00110 11010 11011 11011
·00011 01001 01110 11100 11001 01010
·11111 11， P = 225時(shí)，首行為
·00000 00101 11000 11101 11100 01011 · 0011011000 01111 00111 00001 01011
·11111 10010 11110 10010 10000 11011
·10110 11111 01011 10100 00011 00101
·01010 00110 10110 00110 00001 00101
·10110 10100 11010 01111 11011 10011
·00111 10110 01000 01000 00011 10010
·01001 10001 00111 01010 11010 00100
·01010 01000 11111， 以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、·100、101、110、111 ； P = 511時(shí)，首行為 · 00102 14116 2530 336467 10502 55176
·62226 77115 23140 14312 15137 64261
·65454 74373 50153 33540 55372 52012
·25713 56016 35117 27242 20634 13666
·32073 60777 01737 05631 01123 55074
·76330 52216 15527 04610 4， P = 102 3時(shí)，首行為
·0004 022101 44641 12417 27266 60030 · 15460 53270 67704 36366 64012 05524 · 37362 26023 10506 67007 43577 10305 · 56415 26362 66202 11140 26123 54705
·76505 66541 46650 16475 15223 40763
·46750 52676 04721 65755 10205 12616
·37660 43234 47415 66143 67644 50064
·31351 32105 46451 06073 36027 12716·73463 52736 62423 30416 27624 63125
·17630 65715 32304 56057 25277 64052
·27425 73523 34434 37760 07037 56117
·43175 31311 I。
2.—種亞像元分割編碼成像裝置，包括順序排列的取景窗、編碼板和面陣光電探測(cè)器，所述取景窗為矩形透光窗，所述編碼板為表面具有能遮擋工作波段光的亞波長厚度金屬鍍膜的石英玻璃板或者能遮擋工作波段光的亞波長厚度自支撐金屬膜，金屬鍍膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，所述亞波長小孔陣列中，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；其特征在于 所述編碼板和面陣光電探測(cè)器之間設(shè)置有顯微物鏡； 所述亞波長小孔陣列由MX N個(gè)子陣列加上編碼所必需的P-I列組成，每個(gè)子陣列對(duì)應(yīng)顯微物鏡的一個(gè)物方像元，均為按P階循環(huán)s矩陣排列的小孔陣列；M = 3 1024，N = 3 ·1024，分別為最終成像的像元的行數(shù)和列數(shù)，P = 15、35、63、255、511或1023 ;各子陣列均為KXL陣列或LXK陣列，由O和I組成的P行P列循環(huán)s矩陣的任一行按K行或L行折疊構(gòu)成，KXL = P ； P = 15 時(shí)，首行為 000100110101111, P = 35 時(shí)，首行為 00100110101000010011101111100011101, P = 63時(shí)，首行為
·00000100001100010100111101000111001
·0010110111011001101010111111, P = 225時(shí)，首行為
·00000 00101 11000 11101 11100 01011
·00110 11000 01111 00111 00001 01011
·11111 10010 11110 10010 10000 11011
·10110 11111 01011 10100 00011 00101
·0101 000110 10110 00110 00001 00101
·10110 10100 11010 01111 11011 10011
·0011110110 01000 01000 00011 10010
·01001 10001 00111 01010 11010 00100
·01010 01000 11111， 以下字符對(duì)應(yīng)關(guān)系以八進(jìn)制0、1、2、3、4、5、6、7分別表示二進(jìn)制000、001、010、011、·100、101、110、111 ； P = 511時(shí)，首行為
·0010214116 25303 36467 10502 55176
·62226 77115 23140 14312 15137 64261
·65454 74373 50153 33540 55372 52012
·25713 56016 35117 27242 20634 13666
·32073 60777 01737 05631 01123 55074
·76330 52216 15527 04610 4，P = 1023時(shí)，首行為
.00040 22101 44641 12417 27266 60030
.15460 53270 67704 36366 64012 05524
.37362 26023 10506 67007 43577 10305
.56415 26362 66202 11140 26123 54705
.76505 66541 46650 16475 15223 40763
.46750 52676 04721 65755 10205 12616
.37660 43234 47415 66143 67644 50064
.31351 32105 46451 06073 36027 12716
.73463 52736 62423 30416 27624 63125
.17630 65715 32304 56057 25277 64052
.27425 73523 34434 37760 07037 56117
.43175 31311 I ； A.子陣列為KXL陣列時(shí)，所述亞波長小孔陣列為(KXM)行(NXL)+(P-I)列的陣列，其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)K行構(gòu)成方式自左至右為 第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、…第N個(gè)子陣列、KX (P-I)附加子陣列， 第2 N個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行，J = I L，當(dāng)J+1 > LW，取 J = I ； 第I個(gè)K行中最右邊的KX (P-I)附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)s矩陣的循環(huán)關(guān)系； 亞波長小孔陣列的第2 第M個(gè)K行構(gòu)成方式和第I個(gè)K行構(gòu)成方式相同； B.子陣列為LXK陣列時(shí)，所述亞波長小孔陣列為(LXM)行(NXK)+(P-I)列的陣列，其中，亞波長小孔陣列的第I個(gè)L行構(gòu)成方式自左至右為 第I個(gè)子陣列、第2個(gè)子陣列、…第N個(gè)子陣列、LX (P-I)附加子陣列， 第2 N個(gè)子陣列中，每個(gè)子陣列的第J行為前一子陣列的第J+1行，J = I K，當(dāng)J+1 > KW，取 J = I ； 第I個(gè)L行中最右邊的LX (P-I)附加子陣列的每一行與其同行左邊近鄰的元素滿足P階循環(huán)s矩陣的循環(huán)關(guān)系； 亞波長小孔陣列的第2 第M個(gè)L行構(gòu)成方式和第I個(gè)L行構(gòu)成方式相同。
3.如權(quán)利要求
I或2所述的亞像元分割編碼成像裝置，其特征在于 組成所述亞波長小孔陣列的子陣列中，所述小孔端面形狀為圓形、包括三角形和四邊形的多邊形、C形或者W形；小孔形狀為圓臺(tái)、圓柱、棱臺(tái)、棱柱或者臺(tái)階孔。
專利摘要
兩種亞像元分割編碼顯微成像裝置，屬于光學(xué)波段顯微探測(cè)成像裝置，解決現(xiàn)有近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡成像速度慢、控制困難的問題；同時(shí)解決一般顯微鏡分辨率受到光學(xué)衍射限制而不能繼續(xù)提高、分辨率和視場(chǎng)范圍存在矛盾的問題。本發(fā)明包括順序排列的取景窗、編碼板、顯微物鏡和面陣光電探測(cè)器，編碼板為表面鍍有金屬膜的石英玻璃板或者自支撐金屬膜，鍍金屬膜或自支撐金屬膜上制作有亞波長小孔陣列，各小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；本發(fā)明對(duì)顯微物鏡要成像區(qū)域的每個(gè)像元進(jìn)行亞像元分割編碼，然后從面陣光電探測(cè)器得到的圖像中解碼出每一個(gè)亞像元的值，在擁有大視場(chǎng)的同時(shí)又擁有高分辨率，突破了傳統(tǒng)的顯微物鏡的成像分辨率和視場(chǎng)之間的固有矛盾。
文檔編號(hào)G01Q60/18GKCN102279287SQ201110094072
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年4月14日
發(fā)明者葉梅, 葉虎年 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),