(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211020927.2 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市新港西路13 5号 (72)发明人 余向阳　高彦鸣　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 周伟 (51)Int.Cl. G01N 21/47(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G02B 27/58(2006.01) A61B 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种实现高噪声干扰下的远场超衍射极限 分辨成像系统 (57)摘要 本申请公开了一种实现高噪声干扰下的远 场超衍射极限分辨成像系统， 包括： 计算单元 以 及按照光路依次设置的单色相干光源、 照明透镜 组、 第一载物平台、 成像透镜组、 第一亚波长小 孔 和感光探测器； 照明透镜组的光学中心、 成像透 镜组的光学中心以及第一亚波长小孔的中心在 第一光轴上； 第一载物平台设置于照明透镜组的 第一焦平面上， 用于固定待测目标体； 第一亚波 长小孔设置于成像透镜组的第二焦 平面上， 用于 产生衍射功能； 计算单元用于利用感光探测器接 收到的光信号， 计算出待测目标体的图像信息。 由于光通过第一亚波长小孔后的信噪比随着传 播距离的增大而被有效放大， 因此， 本申请可 以 在严重噪声干 扰下实现远场超分辨 光学成像 。 权利要求书2页 说明书10页 附图5页 CN 115389464 A 2022.11.25 CN 115389464 A 1.一种实现高噪声干扰下的远场超衍 射极限分辨成像系统， 其特 征在于， 包括： 计算单元以及按照光路依次设置的单色相干光源、 照明透镜组、 第一载物平台、 成像透 镜组、 第一 亚波长小孔和感光探测器； 所述照明透镜组 的光学中心、 所述成像透镜组的光学中心以及所述第 一亚波长小孔的 中心在第一 光轴上； 所述第一载物 平台设置 于所述照明透 镜组的第一焦平面上， 用于固定待测目标体； 所述第一 亚波长小孔设置 于所述成像透 镜组的第二焦平面上， 用于产生 衍射功能； 所述计算单元用于利用所述感光探测器接收到的光信号， 计算出待测目标体的图像信 息。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述第 一载物平台能够带动所述待测目标 体在所述第一焦平面内移动。 3.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 还 包括： 第二载物平台， 用于固定所述第一亚波长小孔， 并能够带动所述第一亚波长小孔在所 述第二焦平面内移动。 4.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述单色相干光源为单色激光源。 5.根据权利要求1～4任一项所述的系统， 其特征在于， 所述计算单元利用所述感光探 测器接收到的光信号， 计算出待测目标体的图像信息的过程， 包括： 通过移动所述第一载物平台， 或者移动所述第一亚波长小孔， 改变所述第一载物平台 与所述第一 亚波长小孔的相对位置， 得到多组位置关系； 利用所述感光探测器接收每一组位置关系下的光信号， 得到信号序列； 基于所述信号序列以及物象关系式， 利用数值办法恢复所述待测目标体的图像。 6.根据权利要求5所述的系统， 其特 征在于， 所述信号序列的表达式为： 其中， xpj为第j组位置关系， a为所述第一亚波长小孔的孔径， s2j(xi)为所述单色相关光 源在第j组位置关系所 形成的复振幅信号， s2j(xi)的表达式为： 基于所述信号序列以及物象关系式， 利用数值办法恢复所述待测目标体的图像的过 程， 包括： 将所述信号序列中的值代入下述方程式， 计算得到F‑1[·]； Eo(xo)≈F‑1[sj] 其中， F‑1[·]是物象关系式F[ ·]的逆映射， 物象关系式F[ ·]的表达式为： E1(xp)＝F[Ei(xo)] 基于F‑1[·]恢复所述待测目标体的图像。 7.根据权利要求1～4任一项所述的系统， 其特征在于， 还包括： 分束器、 第二亚波长小 孔、 第一平面镜和第二平面镜；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115389464 A 2所述单色相干光源的光束经 过所述分束器形成方向不同的第一路光束和第二路光束； 所述第一路光束经 过所述第一平面镜反射后所 形成的光轴与所述第一 光轴一致； 所述第二路光束经过所述第 二平面镜反射后， 再穿过所述第 二亚波长小孔射向所述感 光探测器； 所述第二 亚波长小孔与所述第一 亚波长小孔的孔径一 致； 所述第一路光速和所述第二路光束在所述感光探测器上 形成干涉像。 8.根据权利要求7 所述的系统， 其特 征在于， 还 包括： 设置于所述分束器和所述第 二平面镜之间的相位调节器， 用于调制所述第 二路光束的 相位。 9.根据权利要求8所述的系统， 其特征在于， 所述计算单元利用所述感光探测器接收到 的光信号， 计算出待测目标体的图像信息的过程， 包括： 通过移动所述第一载物平台， 或者移动所述第一亚波长小孔， 改变所述第一载物平台 与所述第一 亚波长小孔的相对位置， 得到多组位置关系； 利用所述感光探测器接收每一组位置关系下所述第一路光束以及第二路光束的光信 号， 得到干涉信号序列； 利用所述干涉信号序列估计理想复振幅， 得到第二信号序列； 基于所述第二信号序列以及物象关系式， 利用数值办法恢复所述待测目标体的图像。 10.根据权利要求9所述的系统， 其特 征在于， 所述干涉信号序列的表达式为： Ij(xi)＝|Er(xi)+s2j(xi)|2 其中， xi为所述感光探测器上的一位置点， Er(xi)为所述第二路光束的光信号， s2j(xi) 为所述第一路光束在第j组位置关系所 形成的复振幅信号， s2j(xi)的表达式为： 所述第二信号序列的表达式为： 其中， xpj为第j组位置关系， a为所述第一 亚波长小孔的孔径； 基于所述第 二信号序列以及物象关系式， 利用数值办法恢 复所述待测目标体的图像的 过程， 包括： 将所述第二信号序列中的值代入下述方程式， 计算得到F‑1[·]； Eo(xo)≈F‑1[sj] 其中， F‑1[·]是物象关系式F[ ·]的逆映射， 物象关系式F[ ·]的表达式为： E1(xp)＝F[Eo(xo)] 基于F‑1[·]恢复所述待测目标体的图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115389464 A 3