【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超表面成像技术应用领域，尤其是基于多焦点超表面的立体显微成像装置。
技术介绍
1、成像是记录风景和发现世界的有效方法。其中，立体成像是记录和显示复杂物体的一种更具吸引力的技术。在逐层扫描的基础上，人们开发了一系列立体成像技术，包括光场照相机或显微镜、共聚焦显微镜和光学相干断层扫描。光场照相机或显微镜是通过记录光的方向信息在短时间内采集三维图像的技术之一。然而，其分辨率受到透镜数量和光学设计的限制。共聚焦显微镜是高分辨率立体显微成像的基准，共聚焦显微镜的瓶颈之一是成像速度。另外，断层扫描是通过机械装置进行的，如扫描振镜，扫描和逐次成像的时间较长。同时，三维显微成像的另一个瓶颈是硬设备的成本。例如，共聚焦显微镜需要一台配备无穷远光学系统和高数值孔径物镜的优质显微镜、振镜、纳米平台、针孔和高灵敏度探测器。通过添加衍射光学器件，可以同时扫描多个平面。这虽然缩短了成像时间，但却使系统更加昂贵。无论是市场还是科学研究，都需要一种高效、经济的三维成像元件。
2、超表面是一种新型超薄光学设备，可集成复杂的光学操作，人们对它的成像研究已有数年之久。得益于新的制造技术，超表面的效率可以达到80％以上，这对于没有复杂滤波系统的成像来说是可以接受的。如果将一系列不同焦距的透镜集成到一个超表面中，就可以通过超透镜一次性收集不同平面的信息。
3、因此，急需要提出一种结构简单、缩短成像时间的多焦点超表面的立体显微成像装置。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在
2、基于多焦点超表面的立体显微成像装置，对标准样品进行成像，其包括沿激光激发发射方向布设的激光器、数个平凸透镜、超表面、显微物镜、套筒透镜和照相机；所述标准样品置于平凸透镜与超表面之间；所述超表面由基底和集成多个聚焦透镜相位分布的超表面结构阵列组成。
3、其中，在超表面的设置过程如下：
4、步骤s1，通过公式(1)计算集成多个聚焦透镜后相位分布，其表达式为：
5、
6、其中，(x，y)表示聚焦透镜的坐标；k0表示真空中的波矢量；fi表示第i个平凸透镜的焦距。
7、步骤s2，将步骤s1中得到的集成多个聚焦透镜后相位分布结合离轴系统，将光从轴上一个点聚焦至轴外另一个点从而分离多焦点聚焦后重叠的图像，通过公式(2)计算超表面理想的相位分布，其表达式为：
8、
9、其中，kxi表示第i个平凸透镜在x轴上的偏转波矢量；kyi表示第i个平凸透镜在y轴上的偏转波矢量。
10、步骤s3，将步骤s2中得到的超表面理想相位分布结合实际基底厚度和引入离轴量对相位分布的影响后，通过公式(3)计算最终得到的超表面相位分布，其表达式为：
11、
12、其中，z1i表示第i块平凸透镜的工作距离；z2表示成像距离；n表示基底的折射率；表示第i块平凸透镜的成像中心沿x轴的移量；δyi表示第i块平凸透镜的成像中心沿y轴的偏移量。
13、进一步地，所述平凸透镜包括第一平凸透镜、第二平凸透镜和第三平凸透镜；所述第一平凸透镜与第二平凸透镜之间设置有一针孔滤波器。其中，第二平凸透镜和第三平凸透镜组成的4f系统，通过4f系统组成的照明源可以方便地调整视场。
14、优选地，所述激光器为632.8nm氦氖激光器。
15、优选地，所述超表面的基底的厚度为600um，且超表面的离轴量为20°。
16、其中，立体显微成像装置的光学原理如下：
17、光学显微镜的立体成像的关键在于改变焦平面和样品的相对位置，通过调节物镜或载物台的高度，在每个高度得到一张二维图像，通过叠加形成立体图案。本技术通过对集成多个聚焦透镜相位的超表面分别引入离轴量后，一块超表面可通过一次成像将不同焦距处图像分别聚焦至空间中不同位置。另外，激光器后的第一平凸透镜和针孔滤波器组成缩束系统对激光器进行缩束，第二平凸透镜、三平凸透镜组成4f系统进行视场调整，显微物镜、第四平凸透镜和后面的套筒透镜和照相机组成显微系统对超表面输出光束进行放大成像，这三部分都是基本的光路组成，其无需特定位置，只要标准样品需要放置在超表面焦距处即可。其中，若超表面输出光斑大小合适，可省略显微系统直接对超表面输出光斑进行成像。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
19、(1)本专利技术通过设置超表面，并引入离轴系统后，将不同焦距图像聚焦至同一平面内不同位置，从而分离了重叠的图像，通过一次成像可以采集不同平面的信息，极大减少了成像时间。
20、(2)本专利技术通过设置第一平凸透镜、第二平凸透镜和第三平凸透镜，并利用第二凸透镜第三凸透镜组成的4f系统，通过4f系统组成的照明源可以方便地调整视场。另外，本专利技术通过设置针孔滤波器，用于去除高频噪声。
21、(3)本专利技术结合实际基底厚度和引入离轴量对相位分布的影响后对超表面相位分布进行优化，优化前引入离轴量后会降低输出光斑强度，共同优化基底厚度和离轴量后可以极大提升输出光斑强度，其如图2b，2c所示。
22、综上所述，本专利技术具有结构简单、缩短成像时间等优点，在超表面成像技术应用领域具有很高的实用价值和推广价值。
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1.基于多焦点超表面的立体显微成像装置，对标准样品(6)进行成像，其特征在于，包括沿激光激发发射方向布设的激光器(1)、数个平凸透镜、超表面(7)、显微物镜(8)、套筒透镜(9)和照相机(10)；所述标准样品(6)置于平凸透镜与超表面(7)之间；所述超表面(7)由基底和集成多个聚焦透镜相位分布的超表面结构阵列组成；
2.根据权利要求1所述的基于多焦点超表面的立体显微成像装置，其特征在于，所述平凸透镜包括第一平凸透镜(2)、第二平凸透镜(4)和第三平凸透镜(5)；所述第一平凸透镜(2)与第二平凸透镜(4)之间设置有一针孔滤波器(3)。
3.根据权利要求1所述的基于多焦点超表面的立体显微成像装置，其特征在于，所述激光器(1)为632.8nm氦氖激光器。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于多焦点超表面的立体显微成像装置，其特征在于，所述超表面(7)的基底的厚度为600um，且超表面(7)的离轴量为20°。
【技术特征摘要】
1.基于多焦点超表面的立体显微成像装置，对标准样品(6)进行成像，其特征在于，包括沿激光激发发射方向布设的激光器(1)、数个平凸透镜、超表面(7)、显微物镜(8)、套筒透镜(9)和照相机(10)；所述标准样品(6)置于平凸透镜与超表面(7)之间；所述超表面(7)由基底和集成多个聚焦透镜相位分布的超表面结构阵列组成；
2.根据权利要求1所述的基于多焦点超表面的立体显微成像装置，其特征在于，所述平凸透镜包括第一平...
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