CN103471989B - 一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法，包括：根据预设的光学矢量模式化的物理模型，确定变量及实现所述变量变化而建立的测量光学矢量参数的光学系统；通过所述光学系统执行预设的变量的变化，并记录所述光学系统中所述变量对应的光强值以及该光强值的面阵坐标；根据所述物理模型，对测量获得的变量及对应的光强进行曲线的拟合；根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像。本发明通过光学的矢量参数的测量生成非直观图像，有效提高了显微成像解析度以及实现了物质结构成像。

Description

一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法

技术领域

本发明涉及一种光学成像方法，特别涉及一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法，属于光学成像、机电控制，计算机分析和控制软件以及广泛的物质结构和形貌特征分析处理领域。

背景技术

物质微观结构包括物质内部原子排列的空间序列常常用X射线，电子束衍射和各类电磁波光谱来分析。但是一方面X射线和电子束的高能量往往会改变有些物质如生命活体和其他有机结构等的结构本身，造成损伤，另一方面衍射分析方法对复合型微观结构和短程有序长程无序和应力引起的特征结构变化等无能为力。光谱分析一般只对短程序列有效对长程如晶面排向等无效，且每一个光谱特征与物质结构的关系不直观，也不能直接定量。

对于纳米级微观形貌，X射线透射，电子透射或扫描，原子探针扫描等常用技术同样也有在执行过程中改变形貌本身的缺点。同时，由于能量高它们往往会产生次生荧光或在绝缘表面产生电荷积累，阻碍实现理想成像精度。透射的X射线和电子束不受聚焦景深的过滤，因而不能避免整个厚度透射的背影的影响。扫描电镜和原子探针能够对表面微观形貌进行定量测量，但对于较深的密集结构和表层掩盖下的结构如下切和气泡无法测量，加上两者都需要扫描来成像和每一次成像的视域较小等，使得他们测量效率往往不能满足在线生产和医疗临床等大面积快速测量的需要。

传统光学显微成像技术在物理层面已经基本发展到了极限，这个极限一般被认为是半个四分之一波长，很难满足纳米级甚至亚纳米级解析度的需要。为了实现高解析度，人们在许多急需领域如光刻等应用中通过不断缩短光学系统的使用波长，增大光学系统数值孔径和减小光学系统自身的各类散射、衍射和畸变等可以把空间解析度，通过感光胶或平面传感阵列等的直观的记录，提高到数十纳米。显然实现这几十纳米的重复性可靠的解析度一方面需要做建立复杂昂贵的光学系统和实行非常精密的机电控制等巨大的努力，另一方面短波长的实施已经收到光学材料透过极限的限制、大数字孔径给系统的波前控制带来不可逾越的障碍并使得系统从另一方面产生畸变而失去解析度等等已经抹杀了光学系统解析度提高的空间。人们还用近场扫描光学显微方法来接近或打破衍射极限对解析度提高的限制，但近场扫描的实现是要在如上述精密机电设计制作和控制等做超常努力，而在光学上以失去横向视域、测量稳定性与重复性为代价才勉强得以实现的。目前医疗、纳米材料、超集成电路在线与离线、疾病临床和药物生产结晶动力学分析控制等等要求亚纳米级精度，前述已经投入实际应用的几十纳米的最高精度离实际要求还差很多。

由于上述各类直观成像解析度的进一步提高出现上述困境，人们已经开始采用非直观成像的方法来提高解析度。其中比较成功的方法有各类激光散射、过焦扫描和动态波前相移等。激光散射通过对背散射的空间光谱的特征用可靠的衍射理论来进行分析，它的优点是能够以纳米或亚纳米解析度来测量被测视域内的周期性或集合型结构参数的平均值并提供统计分布。类似于激光散射，过焦扫描则利用高精度显微系统如光刻曝光系统对被测件和系统自身进行焦面在纵向进行扫描，对所得的空间光谱进行分析来实现纳米级空间解析度。激光散射和过焦扫描技术能比扫描电镜和原子探针扫描更精确快捷地得到形貌参数的平均值和统计分布，这一优势同时带来严重不足，也就是它们不能真正得到视域内每一个点独自的形貌特征。动态相移技术通过对传播中的波前进行剪切并同时实现相移测量，即在横向移动过程中测量干涉图的变化并利用所得的空间图谱解析出实测波前与理想波前间的差别达到亚纳米级解析度。但这种解析度多为纵向解析度，横向解析度的提高也是只有平均效应和统计学特征，较为复杂的视域内部局域形貌也得不到准确测量。所以，所列的激光散射、过焦扫描和剪切相移等非直观成像过程主要是对微观结构本身的光学物理参数进行动态解析，所得到的解析度具有统计学上的平均值和分布特征，转换到成像精度，已经超过了纳米级，而且看来远没有达到这些分析方法的物理极限。

在对物质进行分析测量时能够同时得出微观结构包括原子排列的取向等和微观形貌包括表面形貌或透过特征等能满足人们追求测量的快捷与完整性的欲望，事实上形貌和结构特征同步测量在大多数情况是必要的。例如在药物分子晶体生长的过程中形貌和结构是在同时发生改变，某一个时刻的形貌严格对应相应的结构，测量形貌和测量结构必须同时进行。又例如被测系统如流动中固化的聚合物抽纤始终是处于动态的，位置变化时，结构和形貌也在同时移动，只有同时测量形貌和结构才能进行工艺过程的跟踪。特别是当表面形貌是由纳米级密集型微观结构，如半导体光刻光栅，来组合而成时，结构和形貌特征分析几乎是密不可分的。上述各种光学和电子束技术都不能同时测量形貌和物质原子排列分布或三维光栅参数。

物质分析时光学透过参数的二维图谱可以看成是一种形貌特征在透过方向的重叠，基于上面已经描述了的原因，许多测量都有必要在测量结构参数图和形貌参数图的同时测量透过空间光谱。上述各种测量方法包括X射线、电子束和各类光谱分析都不能同时对形貌和结构以及透过进行测量。

上述种种X射线、电子束和普通光学的光衍射，或光发射，或光吸收图谱等等直观或非直观结构分析或成像方法并没有考虑到光与物质作用后所产生的光矢量参数的改变，而这种改变传递了物质结构中的各向异性特征，这种各向异性的光学参数也可以用来进行非直观成像。偏光显微分析中晶相分析方法对不同偏光状态下物质的透过或反射进行直接成像，因此虽然用到部分光矢量来进行调制，被测物质的结构各向异性参数并没有用来成像。

物质结构各向异性是指物质的原子在空间的排序，或表面，或空间微观结构的在所有能给出的方向间的差别。这种差别几乎存在于所有的物质中。比如说在晶体学的14个晶系中，唯一立方晶系被认为是各向同性的，但这只是对三个相互垂直的结晶方向而言，从所有的方向以求对称的角度上看100)晶面和110晶面受光后的偏振态分布就不可能是一样的。又比如说玻璃的无序机构一般来说是任何一个方向都找不出有区别于其它方向的对称性来。但在光、电、力场的作用下，某些方向的对称性就会有别于其它方向，即，出现各向异性特征的改变。

至于用光的矢量参数如线性或非线性双折射相差，吸收差，旋光或位相角，去偏振光强等等参数来提高成像精度，尚无记录。相差是由物质包括原子排序的不对称引起光的不同偏振的波前方向和传播速度不同，即双折射引起。吸收差是由类似前述的结构不对称和原子配位场不同而引起不同偏振方向有不同的吸收率引起。旋光是由某些大分子键有旋转变化的特征引起。某一偏振的位相是由被测视场内不同局部视域晶面或特征原子排序的取向不同引起，去偏振光强的变化是由除被测试样结构各向异性外的和光学不均匀性引起。总之，这些光矢量参数中的任何一种都是物质结构各向异性的直接和独立的描述。目前尚无用它们的非直观成像来提高显微成像解析度的记录。

发明内容

本发明旨在提供一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其通过光学的矢量参数的测量生成非直观图像，可以有效提高显微成像解析度。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法，包括：

根据预设的光学矢量模式化的物理模型，建立测量光学矢量参数的光学系统；

通过所述光学系统执行预设的变量的变化，并记录所述光学系统中与所述变量对应的光强值以及该光强值的面阵坐标；

根据所述物理模型，对测量获得的变量及对应的光强值进行曲线的拟合；

根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像。

进一步地，所述物理模型包括线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型，其中，

所述线性双折射模型包括：试样中的被测物结构具有一种各向异性，使得在光波在一个偏振方向的传播速度不同于与其垂直的偏振方向的传播速度，即通过在所述光学系统的入射端放置线性偏振片，并通过所述偏振片的旋转步进来实现相差变化模式化；

所述双吸收模型包括：试样中的被测物结构的原子排列密度上各向相异，从而两个垂直偏振方向对光波的吸收不同，即通过在所述光学系统的出射端设置更多波片加偏振片组合或者全部拆除此组合进行偏振吸收变化模式化；

所述旋转偏振模型包括：试样中的被测物结构在一特定的方向上原子排序具有旋转特性，这种各向异性特征使得单一方向的入射光波经过试样后偏振方向发生旋转或旋转吸收，即在所述光学系统的出射端设置一种以上波片，或取除全部波片来对偏振旋转角和旋转双折射所产生的相差进行模式化；

所述旋转双折射模型包括：试样中的被测物结构使两个相反方向旋转的光波偏振产生传播速度上的差别；即通过线性双折射检测系统，对入射偏振部件、旋转试样部件和偏振分析部件中的任意一个或两个以上进行旋转步进实现旋转相差变化模式化。

所述光学系统包括：

光学显微成像系统，

机电和图像摄取控制界面，以及，

以所述光学显微成像系统为基础，以光学矢量参数为变量对所述光学系统的归一化光强进行动态模式化分析的矢量模式化光路模块；

通过在所述光学系统中自动进行甄别，判断有无旋转双折射、有无旋转偏振或者有无双吸收特性，进而确定是线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型中相应的一个，并依据确定的物理模型获取和分析数据，

所述光学矢量参数包括线性偏振角、旋转偏振角、正交偏振间相差或偏振位相。

进一步地，所述成像方法还可包括：

通过在所述光学系统中自动选择锥光显微，即在照明光路中加入锥光镜，调焦后所得的图像根据标准偏振锥光显微分析方式进行甄别，判断有无旋转双折射、有无旋转偏振或者有无双吸收特性，确定是线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型中的相应一个，通过确定的物理模型获取和分析数据。

进一步地，所述成像方法还可包括：

在基于所述线性双折射模型的模式化测量中，所述变量包括入射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角，X坐标轴垂直于观察者视线；

在基于所述双吸收模型的模式化测量中，所述变量包括出射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角；

在基于所述旋转偏振模型的模式化测量中，所述变量包括入射端的波片的主轴与入射线性偏振片偏振方向的夹角；

在基于所述旋转双折射模型的模式化测量中，所述变量包括入射偏振角Y、试样旋转角θ和出射端分析偏振角Ω。

进一步地，所述成像方法还可包括，在步进测量一个周期以后，所得的与面阵传感器阵列相对应的光强数据阵列中的每一个象素的数据，根据不同的物理模型采用不同的数学等式进行曲线的拟合，其中，

根据所述线性双折射模型，拟合的曲线的公式为：

等式1

其中，I是传感器得到的光强，I₀是光强的幅值，I/I₀是归一化光强，δ＝2πLΔn/λ，δ是相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长，α是偏振方向与X轴夹角，是双折射中传播较慢的偏振方向与X轴的夹角，即位相角；

根据所述双吸收模型，拟合的曲线的公式为：

等式2

其中ε＝2πLΔk/λ，ε是本征双吸收，Δk＝2(T0°–T90°)/(T0°+T90°)，T0°、T90°为两主偏振方向的透过率，Δk是双透过率，是最强吸收方向的位相角；

根据所述旋转偏振模型，拟合的曲线的公式为：

等式3

其中，α是偏振方向与X轴夹角，是位相角，为旋转角；

根据所述旋转双折射模型，拟合的曲线的公式为：

$\frac{I}{I_0}=a_0+a_1\mathrm{\Ω}+a_{2}Y+a_3\mathrm{\Ω}Y+{\mathrm{\Ω}}^2+Y^2$ 等式4

其中a₀是常数，a₂＝2((θ₀-η/δ)a₃＝2cosδ，θ₀为旋转初始位相角，η为旋转双吸收,δ＝2πLΔn/λ，δ是旋转相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长。

进一步地，所述成像方法还可包括，所述根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述获得的光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像的步骤，包括：

根据所述线性双折射模型，得到光学矢量参数值包括正弦相差|sinδ|、位相角和归一化光强I/I₀；

或者，根据所述双吸收模型，得到光学矢量参数值包括指数正弦本征吸收sinhε、吸收位相角归一化光强I/I₀；

或者，根据所述旋转偏振模型，得到光学矢量参数值包括旋转角位相角和归一化光强I/I₀；

或者，根据所述旋转双折射模型，得到光学矢量参数值包括旋转初始位相角θ＝θ₀-η/δ，旋转双吸收η和正弦相差|sinδ|；

根据得到的光学矢量参数值放回与其相应的像素坐标，生成各自的非直观图像。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：通过光学的矢量参数得到准确的模式化曲线，进而生成非直观图像，最终提高了显微成像解析度。

附图说明

图1是本发明一较佳实施方案中的一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法的流程图；

图2是本发明一较佳实施方案中试样与光作用后对光的矢量特征的改变示意图；

图3a-图3d分别是本发明一较佳实施方案中针对试样双折射相差检测，最具代表性的模式化系统和物理模型的示意图；

图4是本发明一较佳实施方案中一种双折射的矢量超显微测量系统矢量光路示意图；

图5a－图5e是本发明一较佳实施方案中利用一种双吸收的矢量超显微测量系统对一组试样进行测量的结果图谱，其中：

图5a所示系60x物镜纳米粒子原图，其解析度大于300纳米，看不到尺寸约100纳米的纳米粒子；

图5b所示系图5a中所示试样在同样测量条件下的去偏图，其中粒子聚合团边缘稍清；

图5c所示系图5a－图5b中所示试样在同样测量条件下的sinδ图，能看到粒子、聚合团结构，最小分辨尺寸在100纳米以下，如用100x物镜，最小分辨尺寸可达50纳米以下；

图5d所示系图5a－图5b中所示试样在同样测量条件下的φ图，能看到粒子，聚合团结构显示粒子排列方向不同；

图5e所示系不同试样在同样测量条件下的φ图，胶体薄膜中不含纳米粒子。

具体实施方式

本发明的主要目的是通过对物质各项异性结构产生光学矢量参数变化进行精确测量和非直观成像来提高普通显微光学系统的图像分辨能力，包括提高空间分辨率和实现对物质结构和形貌进行同步成像。

前述空间分辨率通常是指系统能够区分的最小直线距离。

又及，在本发明中，所述光的矢量特征，如纯度较高的偏振，又如某一偏振态的特定方向间的夹角，又如两垂直偏振间的或两相反方向旋转偏振间的相差或它们的变化等等来描述物质结构的不对称性，或它们的变化或分布，或所产生的双折射变化或分布，或为编码和保密来记录偏振态，或双折射相差，或双吸收等的平面分布。

进一步的讲，作为本发明的一个方面，其提供的基于光学矢量模式化的非直观成像方法包括：

(1)根据预设的光学矢量模式化的物理模型，建立测量光学矢量参数的光学系统；

(2)通过所述光学系统执行预设的变量变化，并记录所述光学系统中所述变量对应的光强值以及所述光强值的面阵坐标；

(3)根据所述物理模型，对测量获得的变量及对应的光强进行曲线的拟合；

(4)根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像。

在一较为优选的实施方案之中，前述光学系统可以包括：

一套或多套光学显微成像系统，

一套或多套机电和图像摄取控制界面，

以及，至少一个控制分析用计算机和相应操作控制和分析模块，亦可命名为矢量模式化光路模块，其以所述光学显微系统为基础，以光学矢量参数如线性偏振角，旋转偏振角，正交偏振间相差和偏振位相中之一为变量对系统的归一化光强进行动态模式化，这一模式化的特点是：每一个上述变量引起的归一化光强变化模式都有一个确定的数学物理模型和相应的方程式。这些方程式的特点是，当上述变量中有一个作周期性变化时，归一化光强变化曲线的峰值是系统的相差或吸收差的一种三角函数，该曲线的初始位相是一个偏正态与测量系统的坐标轴之一之间的交角，该曲线归一化光强一个周期内的平均值是归一化光强的离散，也即去偏振光强。相对纯光强差直观成像，用归一化光强对偏振角的变化曲线所得到的相差、位相和去偏振光强来进行非直观成像。

前述光学显微成像系统可选用目前习见的普通光学显微系统或其改进设备，当然，这些光学显微系统亦需要能够满足设定的精密度要求。而前述机电和图像摄取控制界面亦可以是本领域人员习用的。

依据本发明的技术方案，在一定程度上，其重点可以概括为，包括：通过模式化曲线的相差、位相和去偏振光强，而相应的机理大致如下：

1、相差的正弦是归一化光强-偏振角变化曲线的峰值，以有各向异性结构的影响时光强变化平均值为参考，系统的灵敏度提高了一倍；

2、相差灵敏度的提高只与被测样品的物质结构的各向异性有关，并没有受到光学系统的散射和畸变等光学偏差的影响；这种效应一方面将上述相差峰值灵敏度提高转换成解析度的提高，另一方面，被测样品的各项异性变化最大值被模式化成所用面阵探测器的光强量程，图形解析度只与探测器的最小测量阶跃即光强测量位数匹配，因此，传统显微成像中的Nyquist规则被改变，利用模式化后的相差，在面阵密度足够高时，可以通过提高探测器的光学灵敏度来提高系统的图像解析度；

3、从分辨的角度看，确定一个区域的边界是关键；边界的结构往往不同于区域内部的结构，相差变化在两个有特定结构的区域的边界处的变化最剧烈；因此，视边界自身的相差、两边的相差的差别大小，相差图像中不同结构区域的分辨率,特别是分辨锐度，在边界效应作用下被不同程度地提高；

4、由于特定的矢量特征对应特定的物质结构各向异性，且可以被特定的数理方程表述，测量过程中与结构各向异性特征不相关的光学系统误差和光子、电子以及部分机械振动引起的随机误差等对光强曲线的贡献都可以在曲线拟合的过程通过FFT和数据过滤进行消除；测量误差被大大减小；按照具体光学系统误差情况，分辨率被不同程度地提高；

5、由于去偏振光强差与相差、位相成的像是各自独立，互不依赖的像，它本身已经不含有偏振和偏振干涉等等所产生的模糊效应，更能保证相差成像解析度和更能代表物体的本来形貌或反射或透过特征；

6、由于取像是同时进行的相差、相位和去偏振光强的图像在坐标位置和时间上严格对应，在解析功能上它们可以相互补充，因此可以通过对这三个独立的图像的综合利用来提高系统包括解析度在内的解析功能。

为了得到准确的模式化曲线，实现上述提高解析度的目的，本发明的光学系统(亦可命名为“光矢量变化模式化光学系统”)的构成可以是在传统精密光学显微成像系统中加入光源准直、偏振变化、单色带宽和波长变化、照明光场均匀化、特殊照明光场、试样台控制试样空间位置或温度或气体变化、相差变化和偏振解析等动态调制光学部件以及二维光学图像传感系统(如CCD)等形成动态光学入射和分析控制，实现包括被测样品在内的光学系统的光传播模式的快速精确变化和二维图像取样。

为了对实现在上述模式化过程中所必须的变化，所述光学系统应具备多个机电运动系统和控制界面，其中：

实现偏振旋转扫描：对光路不造成除偏振变化以外的任何扰动的偏振片旋转驱动系统和相关控制电子界面；控制旋转偏振片旋转是要实现上述模式化中的一种变化：偏振角度变化；选择这种方式来实现偏振角度变化控制是基于这样的考虑：现代偏振片的光强比可以达到很高，可以在99.999％以上，现代机械驱动的精度也可以达到很高的位置精度，一般在万分毫弧度，偏振和位置的确定精度已经为实现低测量误差，高空间分辨提供了必要的余地；

波长切换：波长切换系统可以与Zeiss或Nikon多色显微系统相同；目的是要适应某些特殊系统和应用对波长改变的要求；多个波长的模式化曲线可以用来进一步提高系统对物质结构的解析能力；

试样旋转和平移：用来跟踪分析区域，试样在试样台中的横向移动是一般金相和生物显微系统必备的功能；试样能同时沿一个甚至多个轴旋转，可以用来对试样内复合结构的多元取向、光学上的多轴结构，椭圆偏振态等进行选择和对选择好的变量进行模式化分析；

试样温控、气压控制、流体控制：温度、气压、气体种类、流体流量和种类控制等等能够造成某些物质的各项异性特征的变化，而上述模式化测量方法可以用来跟踪这些变化并验证本发明中的测量系统的高解析功能；

相延迟控制：测量系统相差本身作为变量，也就是相延迟，也可以建立模式化方程来解出试样本身的相差，特别是位相和去相差光强差像图等。由于同样是各项异性参数成像，也能提高系统的空间解析度；系统相差变化的驱动可以是机械系统推动一个石英楔，但由于石英楔本身的精度问题，目前最常见的相差变化有电控压电陶瓷来实现；后者虽然也有变化精度问题，但由于变化速度快，可以用多次重复来消除一定程度的定位误差；压电陶瓷的驱动需要一个比较完整的控制电子界面；

偏振解析动态控制：偏振解析可以有单个偏振片来完成，但整个系统就有普通偏振显微系统一样的构造，也有一样的毛病，通过角度进行模式化时变化太快和在偏振相交的前后一大部分区域光通量几乎为零，这就大大地降低了测量精度；因此偏振解析往往在偏振片前加一个1/4波片来消除前述毛病；由于光学系统往往有残余偏振和其它光矢量参数残余，系统需要适当标定来补偿这些残余参数的效应；标定过程往往需要包括偏振解析分系统在内可变分系统作调整；因此，对偏振解析系统也要进行驱动控制和相应电子界面。

本发明中的模式化包括所有以归一化光强为变量以线性偏振角、正交偏振间像差和入射或出射偏振角等为自变量测量过程和光强数据以单个像素为独立单位和用特定的物理模型进行曲线拟合，拟合好的曲线中得到的像差、吸收差、位相、旋转角等各向异性参数为变量在测量中用的面阵传感坐标重构成新的非直观图像。为了实现上述模式化过程的各项控制，所述光学系统，特别是前述矢量模式化光路模块可以通过偏振、试样位置和角度、相差等控制界面来进行驱动。前述矢量模式化光路模块的另外的功能可以包括通过面阵传感器如CCD的控制界面读取光强数据和各调制变量的扫描位置数据；根据选定的物理模型所对应的数学方程式来FFT、拟合和计算每一个像素独自的相差、吸收差、位相、去偏振透过等矢量参数；给用户提供一个操作、图像、数据显示窗口。前述矢量模式化光路模块可以通过微机等具有数据处理能力的设备来完成所有这些工作。同时，为了消除这一模式化过程给光路可能带来不稳定性并由此最终可能导致解析误差，模式化定义和运动部件除上述定义精度和运动精密可控性等考虑外，还可以将它们的位置排放在平行光或显微系统的物面或物面的共轭面上，还另外在显微光路中采用尽可能简单的光通道和避免光分路和光复合等光通方式，这样光路是自参照型共路系统，如果存在背景误差，也在模式化过程中能维持不变并通过光路标定和FFT等过滤消除。

前述矢量模式化光路模块的构建和功能：主要是要通过它实现对上述模式化的动态控制，采用准确的物理模型和根据给定的分析和显示目标对所采集的数据进行动态、快速、准确的图像分析，并给系统操作提供显示和操作界面。

光学模式中，鉴于前述物质结构的各向异性，光在反、透射过程中与物质发生交互作用，会使得光的矢量特征发生改变。这些有可能被改变的矢量特征包括偏振方向旋转、两垂直线性偏振或两相反方向的旋转偏振间的相差改变、两垂直偏振间的相对光吸收和由这些引起的光强变化等等。本发明就是要设计一个系统来在原来显微解析的基础上加进物质结构各向异性解析功能，并通过对各个各向异性参数的定量来提高解析度。

对于物质结构各向异性的解析，在物质结构尚不知晓的条件下，本发明首先需要对未知结构进行定义。这一方面是因为物质结构的复杂多样性：除了一轴晶能产生双折射外，二轴晶可以产生三折射，螺旋状排列的结构能使偏振旋转等；另一方面是由于描述一个特征结构的光学矢量参数较多：如需要区分是旋转还是线性偏振，有无双吸收，有无三折射等。

基于上述背景，在本发明的一个较佳实施方案中涉及的成像方法和光学系统应可以将各种被测物结构特征都考虑进去。

这一成像方法和光学系统的要点可以包括：以普通高分辨率偏振光学显微系统为基础，对试样入射端的线性偏振、试样台、试样出射端物镜以后的旋转检偏装置等，在不改变其光学功能的条件下，改制成为可以做精确步进旋转运动的部件，来实现对包括试样在内的整个系统的矢量特征所对应的数学等式进行模式化，并得到由被测物所产生的矢量参数，利用测出的矢量参数在面阵坐标系统的量来重构成物理参量图。测量过程需要完成的步骤如下：

首先，测量时对被测物的各向异性特征通过光学预测来加以定义，测量方法是在矢量模式化测量系统中自动选择锥光显微，即在普通照明光路中加入锥光镜，调焦后所得的图像可以人工或通过软件根据标准锥光显微分析技术或在锥光照明下所得的矢量模式化图像分析法进行甄别，区分有无旋转双折射、区分有无旋转偏振或者区分有无双吸收，从线性双射、旋转双折射、双吸收、偏振旋转中发现最为显著的一个。

由于本发明只注重成像解析功能和解析度，不将复合型矢量特征，如线性和旋转偏振同时存在的情况，纳入考虑范围。

而后，通过得到的物理模型去获取和分析数据，所述物理模型可选自线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型，概括的讲，其中，

所述线性双折射模型包括：试样中的被测物结构具有一种各向异性，使得在光波在一个偏振方向的传播速度不同于与其垂直的偏振方向的传播速度，即通过在所述光学系统的入射端放置线性偏振片，入射端是指光路中试样之前的部分，在出射端设置波片加偏振片组合，出射端指光路中显微物镜以后的部分，并通过入射端线性偏振片的旋转步进来实现相差变化模式化；

所述双吸收模型包括：试样中的被测物结构的原子排列密度上各向相异，从而两个垂直偏振方向对光波的吸收不同，即通过在所述光学系统的入射端加偏振片并通过旋转偏振片来实现模式化，或相反在出射端设置波片加偏振片组合进行偏振吸收变化模式化；

所述旋转偏振模型包括：试样中的被测物结构在一设定方向上原子排序具有旋转特性，这种各向异性特征使得单一方向的入射光波经过试样后偏振方向发生旋转，即在所述光学系统的出射端设置一种以上波片，通过波片的旋转步进来对偏振旋转角和旋转双折射所产生的相差进行模式化，或在入射和出射端加偏振片，通过如射端偏振片旋转来实现偏正旋转模式化；

所述旋转双折射模型包括：试样中的被测物结构使两个相反方向旋转的光波偏振产生传播速度上的差别，即通过线性双折射检测系统，对入射偏振部件、旋转试样部件和偏振分析部件中的任意一个或两个以上进行旋转步进实现旋转相差变化模式化。

如果更为详细的解释，则：

线性双折射模型：被测物结构如有一种各向异性使得在光波在某一方向的震动受到较其垂直方向更多的阻尼从而传播更慢，在通过被测物后，这两偏振的波动出现相差。当入射被测物的光是线偏振且旋转方向时，由于上述相差的存在，通过包括被测物的偏光显微系统的光路的光的光强就会发生特定的三角函数变化，从变化曲线上可以非常容易地得出相差的正弦(幅值)、位相(起始角)和归一化光强(周期平均)，结构变化越明显，相差、位相等值在面阵传感器相邻像素间的变化就越大，如在结晶界面、颗粒界面，应力应变区、结构缺陷处等结构变化较大也需要高解析度，抑或能提高成像解析度的显微部位，相差和位相图的解析度就会很高。就正弦相差而论，它是模式化的幅值因此它比光强的敏感度高，得到更高解析度的可能性大。如果图像中没有上述结构变化，只有形貌变化，归一化光强图就相当于一幅传统光强差图像，只不过经过模式化，许多由测量系统和偏振光学所产生的随机误差被过滤掉了，因而解析度还是比传统成像要高。

双吸收模型：晶体物质的能带是与物质结构联系起来的，原子吸收强度也受到排列方式的影响。因此，被测物的各向异性会导致不同偏振有不同吸收，即双吸收。本发明对双吸收的模式化采用上述入射线偏振角度变化模式但在上述系统中除去偏振分析单元，即出射端的波片加偏振片组合。这样一来，在入射偏振角变化时，光吸收就会改变，因而归一化光强也会改变，从而在模式化一周期后能发现最大和最小吸收的偏振角。

旋转偏振模型：某些物质的结构在某一些特定的方向看去原子排序具有旋转特性，这种各向异性特征使得单一方向的入射偏振经过试样后偏振方向发生旋转，大量的树脂类有机分子、食物和糖类的结构具有这样的特征。测量时在线性双折射模式化测量的系统的光路中抽出分析波片，模式化测量时入射偏振的旋转使得包括试样在内的光学系统在偏振正交(最小透光度)和偏振平行(最大透光度)间变化。由于试样的偏振旋转作用，上述最大和最小透光角度发生改变，这些改变都能在模式化曲线上反映出来。

旋转双折射模型：由于这类物质的结构能使两个相反方向(顺时针和逆时针)旋转的偏振产生传播速度上的差别故此有旋转双折射。由于这类各向异性结构一般同时含有产生线性双折射，双吸收和偏振旋转的结构特征，测量时需要将这些都区分开来。为此，必须采用一个较为复杂的模式化方式，其中包括在上述本发明线性双折射测量系统中，除了原有的入射偏振外，试样和偏振分析单元都需要作旋转步进并跟踪读取光强数据。

然后根据结果选定模式化过程，其中不同的过程需要不同的步进运动部件和模式；其中模式化过程的测量量，即因变量和自变量。测量量是每一个面阵传感器中的像素各自独立的光强(I)并归一化成归一化光强(I/I₀)。自变量在本发明中由上述系统的运动部件的运动来决定；

在步进测量一个周期以后，所得的与面阵传感器阵列相对应的光强数据阵列中的每一个象素的数据，根据不同的物理模型采用不同的数学等式进行曲线的拟合；根据得到的光学矢量参数值放回与其相应的像素坐标，构成各自的参数图像(即非直观图像)。

参阅1所示系本发明的一较为优选的具体实施方案，其涉及的基于光学矢量模式化的非直观成像方法包括：

步骤110，根据预设的物理模型，确定变量及实现该变量变化的光学系统；

参考前文的论述，还可通过在所述光学系统中自动选择锥光显微，即在照明光路中加入锥光镜，调焦后所得的图像根据标准偏振锥光显微分析方式进行甄别，判断有无旋转双折射、有无旋转偏振或者有无双吸收特性，确定是线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型中一个，通过确定的物理模型去获取和分析数据。

所述光学系统亦可具有如前所述的结构。

作为较佳的实施方案之一，所述成像方法还可进一步包括：

在基于所述线性双折射模型的模式化测量中，所述变量为入射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角，X坐标轴垂直于观察者视线；

在基于所述双吸收模型的模式化测量中，所述变量为出射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角

在基于所述旋转偏振模型的模式化测量中，所述变量为入射端的波片的主轴与入射线性偏振片偏振方向的夹角；

在基于所述旋转双折射模型的模式化测量中，所述变量包括入射偏振角Y、试样旋转角θ和出射端分析偏振角Ω。

步骤120、通过所述光学系统执行预设的变量的变化，并记录该光学系统中该变量对应的光强值以及该光强值的面阵坐标；

步骤130、根据该物理模型，对测量获得的变量及对应的光强进行曲线的拟合；

进一步包括：在步进测量一个周期以后，所得的与面阵传感器阵列相对应的光强数据阵列中的每一个象素的数据，根据不同的物理模型采用不同的数学等式进行曲线的拟合，其中，

根据所述线性双折射模型，拟合的曲线的公式为：

等式5

其中I是传感器得到的光强，I₀是光强的幅值，归一化光强I/I₀进行模式化运算，δ＝2πLΔn/λ，δ是相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长，α是偏振方向与X轴夹角，是双折射中传播较慢的偏振方向与X轴的夹角，即位相角；

根据所述双吸收模型，拟合的曲线的公式为：

等式6

其中ε＝2πLΔk/λ，ε是本征双吸收，Δk＝2(T0°–T90°)/(T0°+T90°)，T0°、T90°为两主偏振方向的透过率，Δk是双透过率，是最强吸收方向的位相角；

根据所述旋转偏振模型，拟合的曲线的公式为：

等式7

其中，α是偏振方向与X轴夹角，是位相角，为旋转角；

根据所述旋转双折射模型，拟合的曲线的公式为：

$\frac{I}{I_0}=a_0+a_1\mathrm{\Ω}+a_{2}Y+a_3\mathrm{\Ω}Y+{\mathrm{\Ω}}^2+Y^2$ 等式8

其中a₀是常数，a₂＝2((θ₀-η/δ)a₃＝2cosδ，θ₀为旋转初始位相角，η为旋转双吸收,δ＝2πLΔn/λ，δ是旋转相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长。

步骤140、根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述获得的光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像。

所述根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述获得的光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像的步骤，包括：

根据所述线性双折射模型，得到光学矢量参数值为正弦相差|sinδ|、位相角和归一化光强I/I₀；

或者根据所述双吸收模型，得到光学矢量参数值为指数正弦本征吸收sinhε、吸收位相角归一化光强I/I₀；

或者根据所述旋转偏振模型，得到光学矢量参数值为旋转角位相角和归一化光强I/I₀；

或者根据所述旋转双折射模型，得到光学矢量参数值为旋转初始位相角θ＝θ₀-η/δ，旋转双吸收η和正弦相差|sinδ|；

根据得到的光学矢量参数值放回与其相应的像素坐标，生成各自的非直观图像。

以下结合若干较佳实施例及相应的附图对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1线性双折射和偏振方向检测方法

图2是根据各物理模型被测试样与光作用后对光的矢量特征的改变示意图，当δ>D时，只要检测系统空间灵敏度足够高，相差就能被检测出来。

请继续参阅图2，在光路中的物质的各向异性能改变光的振动特征。例如图2中在入射前电波的两个正交振动方向的传播速度一样，各自的波前不会受到改变。由于试样的作用，例如，这些作用中的一种：线性双折射，电场光波经试样的这种作用后一个偏振的波前与之垂直的另一个偏振的波前产生了相位差，即相差δ。除了双折射外，试样的各向异性还有对电场的两个垂直偏振态有其它区别作用，比如双吸收：两个偏振态的波前不变但光通量改变了，一个比另外一个被吸收的多或少了。试样的各向异性还有能使得光的偏振发生旋转的作用等。对试样的这些作用进行动态模式化，并求解波相差，或双吸收，或偏正角，或旋转等的二维分布，并提高由此而成的像的精度。

本发明就是要测量上述各向异性，并利用它们在空间的变化来提高光学系统的空间解析度。事实上物质分析的主要任务常常是结构上个各向异性变化和由此而引起的物理性质的变化等。

由于被测器件结构的各向异性，它们对与它们作用过的光能引起矢量特征参数的改变，包括：

线性双折射，当两个主要空间方向上物质原子的排列序列有明显不同时，物质在不同方向对光的传播有不同微扰，即光传播经过试样后虽然单个偏振的波前不因为试样而改变，但两个垂直偏振态波前的相对相位发生了改变，从而产生波相差；本发明的装置和方法首先是能够极为精确的测量由物质结构各向异性而产生的双折射，即波前相差；在这一条件下，物质结构在空间上细小的变化能够通过所测出的相差的变化图来表达出来。由于在被测物质中的细小各向异性结构特征的存在的可能性和它们在比通常显微解析度还小的区间内的变化的可能性，本发明测出的图像具有比普通显微系统的解析度高的可能性得以存在；

非线性双折射，这是指被测物质原子空间排列顺序有旋转的特征时，与光作用后，不同方向的旋转偏振传播发生改变，从而使得顺时针和反时针两方向的旋转偏振出现相差；本发明通过对这一相差的精确定量来使得物质的这一各向异性特征图像化，而所得图像，与上述同样的原因，具有超显微解析度；

线性双吸收，当被测物的结构呈现严重层状形态时，或与波面接触的物质的两个垂直方向的密度或能态有很大差别时，它们对光在两个相垂直的偏振的吸收出现差别，这是双吸收；双吸收的最典型的例子是聚合物偏振片，其中往往一个偏振的光透过是其垂直方向的10000倍甚至更多；同双折射一样，本发明也能对双吸收进行精密测量从而提高非直观成像的精度；

非线性双吸收，指物质旋转有序结构的旋转不对称条件下密度或能带的不对称而造成的，相对一个旋转，另一个相反方向的旋转的吸收有差别；本发明的超显微测量系统和方法也包含这种双吸收测量。

除了上述光与物质作用显示的各向异性矢量特征可以用来进行测量外，本发明还包括所有类似矢量测量和超显微方法与系统。

为了对上述物质各向异性所引起的光矢量特征之一的线性双折射进行模式化来实现超显微功能，包括试样在内的显微光路中的矢量特征中的一个如图3a和图3b所代表的单偏振入射并旋转偏振角度，又如图3c和图3d代表的单偏振入射并改变波片或石英楔所提供的相差，这一方法是目前其它发明或发表的文章中常用的方法。由于下述原因图3c和图3d通过改变相差来实现模式化并不被本发明采用：

ⅰ)为了得到一个基本上比较简化的物理模式

I＝I₀sin²(δ_sample-δ_plate),(1)等式9

其中I是传感器得到的光强，I₀是光强的幅值，在实际测量中通常用归一化光强I/I₀进行模式化运算，δ_sample和δ_plate分别是试样和波片在一定角度下的相差，如果被测试样的相差是固定不变的，模式化的动态变量是波片的相差；这一简化的等式的获得是在试样的慢轴偏正与系统的两个主偏正方向间的夹角，为45°的条件下实现的，而这一条件的实现给实际测量模式化过程带来更多的步骤，试样的角度需要先对准，对准误差不可避免，将会增加归一化光强误差从而影响各向异性解析度；

ⅱ)当波片旋转产生相差变化时，包括归一化光强，试样相差等都需要根据等式(1)进行重新定量，而所得的归一化曲线不再是间单的正弦波；同时波片的取向变化往往会对相差产生非线性效应，这样使得模式化方程进一步复杂化甚至添加模式化误差；

ⅲ)石英楔对相差变化的控制精度往往受到石英楔材料和制作不标准性的影响；

ⅳ)当试样显微视场内有微纳尺度粒子，不同粒子的排列方向有不同时，光轴夹角不可能是固定的，因此，上述模式化方程会进一步失去其效用和实际使用中的准确性。

因此，本发明将不用图3c和图3d所示的模式化方法。

图3a所示的线性双折射用试样自身的旋转，从而其偏正方向与系统主偏正方向间的夹角成为自变量而得到参数变化方程为

等式10

其中归一化光强I/I₀和试样半相差的正弦的平方可以通过模式化被解出。

从等式(2)可以理解，

ⅰ)由于sin²(2φ)的变化频率快，在同样的旋转角下诡异化光强的对系统测量和定位误差的敏感度增加；

ⅱ)由于sin²(δ/2)中的半相差和平方作用使得系统动态曲线得振幅被大大减小从降低对无物质结构各向异性的灵敏度；

ⅲ)这一模式化方法失去了对偏正角的解析，从而失去了一个极为有用的各向异性排列方向这一十分重要的参数的测量功能；

基于上述原因，本发明也摒弃了图3a这一模式化方法，剩下可作选择的只有图3b所示的方法了。

图4是双折射的矢量超显微测量系统矢量光路示意图；在原有光学显微分析系统的最小分辨区间内，被测物的结构，如在晶相界面，有明显结构特征改变，如造成δ>D的相差(等于试样厚度×阻尼相差×波失量)就可以被看或分辨出。超显微功能的取得还得益于相差是模式化曲线的峰值，因而具有最大的敏感度，并且，模式化拟合过程可以消除光学系统的系统和随机误差，从而使得成像精度进一步提高。超显微功能是完全与多维原子排列等微观结构的变化，微观表面形貌的变化等严谨而又直观地关联着的，这一系统事实上是物质微观结构变化的超显微成像系统。

当具有各向异性晶体结构特征的100纳米尺寸的纳米粒子均匀分布在各向同性胶体中用60倍光学显微系统如南京维新MP6000来进行观察时，图5a是未经矢量模式化测量和其它图像处理的原颜色图，由于显微系统的最佳分辨率较低，能分辨的尺寸大于300纳米，因此原图中看不到纳米粒子，只能模糊的看到有纳米粒子聚合形成的纳米粒子团。用图3b所示的矢量模式化测量和用等式1对每一个像素的光强变化拟合后所得到的去偏光强，即归一化光强的平均值、相差，即sinδ、位相，即φ值等回置到传感面阵，即CCD的传感单元的面阵坐标，并用假颜色来表达去偏光强、相差、位相等来形成新的图像如图3b、3c、3d等。这些新的图像的特征描述如下：

去偏图采用光强平均值的方式消除包括试样在内的光学系统在测量过程的各种随机误差和有偏振效应带来的聚焦、散射等误差，因此能将测量精度和空间解析度提高，具体较图5a，图5b更能看清纳米粒子团的边沿。

相差对光强和颜色在空间的变化不敏感，但对物质结构在空间的变化有很高敏感度，因此在除去了光学系统的相差背景以后，式样的相差图如图5c，能反应纳米粒子在胶体载体中所产生的原子排序等结构变化，从而让观察者看到纳米粒子的存在，纳米粒子团的形状也能有十分清晰的分辨。

与相差一样，光子振动位相也只对物质结构的空间变化敏感，纳米粒子自身的位相与胶体载体的初始位相不同，从而形成了空间上不同颜色的划分如图5d所示。

相对于不含纳米粒子的均匀的胶体，因此，如图5e所示，没有什么可以分辨的，也没有什么需要分辨的。

实施例2以线性双吸收和偏振方向为基础的超显微方法：对实施例1的光路加以改变，利用系统的旋转偏振对系统的光路进行扫描来实现矢量特征之一的线性双吸收进行模式化。

这一实施案例的主要被测对象是一类物质，如一维光子晶体、NaClO₃晶体等的结构上的各向异性导致偏振方向上的光吸收变化并出现极大和极小吸收的两个垂直偏振方向。通过对双吸收参数的定量模式化测量，所成双吸收参数图能对物质结构的空间变化进行分辨，从而与上述线性双折射模式化测量一样能提高显微解析度。

光学系统的构成是在图3b显示的实施例1的系统中除去分析组合。当用实施例1所采用的同样的动态模式化测量方法获得传感器中每个像素的光强变化后，用等式2来进行曲线拟合从而获得

归一化光强：的所有偏振角的平均值，即去偏光强，

相差：tanhε，和，

位相：φ’等，

通过将它们回置到传感面阵坐标而获得三个不同的图像，并像图5b-5d一样显示出来。

实施例3以旋转偏振和偏振方向为基础的超显微方法：对实施例1的光路加以改变，利用系统的旋转偏振对系统的光路进行扫描来实现对矢量特征包括旋转双吸收和旋转双折射等进行模式化。

这一矢量模式化测量方法针对的主要是由具有旋转对称分子或晶体结构组成的物质，如K₂Cd₂(SO₄)₃、石英水晶晶体和大量食品包括糖、油脂等，的空间结构变化，并与上述实施实施例1样用来提高和扩展空间分辨和物质结构成分分析能力。

实施光路可以通过在实施例1中，如图3b所示的分析组合中抽出波片后的余下部分构成。模式化测量过程中先将分析偏振片从标定的位置旋转一个小于90度的角度Ω，而后开展实施例1中描述的动态模式化测量过程。

假如被测试样只有偏振旋转，sinδ等于1，用等式3来进行像素光强曲线拟合并得出偏振旋转角φ’和名义位相φ”，名义位相值等于φ-Ω。

假如被测试样具有旋转双折射特征，不可避免地同时具有旋转双吸收和偏正旋转特征，应用等式4来进行像素光强曲线拟合，其中Y为入射偏正旋转角，通过所得的系数a0、a1、a2、a3和相应的计算方法可以算出旋转像差δ，偏正旋转角φ’，旋转初始位相θ₀和旋转双吸收系数η等。通过回置到面阵坐标，使用者可以得到系列旋转偏正测量图像。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征在于，包括：

(1)根据预设的光学矢量模式化的物理模型，建立测量光学矢量参数的光学系统；

(2)通过所述光学系统执行预设的变量变化，并记录所述光学系统中所述变量对应的光强值以及所述光强值的面阵坐标；

(3)根据所述物理模型，对测量获得的变量及对应的光强进行曲线的拟合；

(4)根据拟合后的曲线，获得对应的光学矢量参数值，并根据所述光学矢量参数值及对应的坐标，生成非直观图像；

所述物理模型包括线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型，其中，

所述线性双折射模型包括：试样中的被测物结构具有一种各向异性，使得光波在一个偏振方向的传播速度不同于与其垂直的偏振方向的传播速度，即通过在所述光学系统的入射端放置线性偏振片，并通过线性偏振片的旋转步进来实现相差变化模式化；

所述双吸收模型包括：试样中的被测物结构的原子排列密度上各向相异，从而两个垂直偏振方向对光波的吸收不同，即通过在所述光学系统的出射端设置波片加偏振片组合进行偏振吸收变化模式化；

所述旋转偏振模型包括：试样中的被测物结构在一设定方向上原子排序具有旋转特性，这种各向异性特征使得单一方向的入射光波经过试样后偏振方向发生旋转，即在所述光学系统的出射端设置一种以上波片，通过波片的旋转步进来对偏振旋转角和旋转双折射所产生的相差进行模式化；

所述旋转双折射模型包括：试样中的被测物结构使两个相反方向旋转的光波偏振产生传播速度上的差别，即通过线性双折射检测系统，对入射偏振部件、旋转试样部件和偏振分析部件中的任意一个或两个以上进行旋转步进实现旋转相差变化模式化。

2.根据权利要求1所述的基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征还在于，所述光学系统包括：

光学显微成像系统，

机电和图像摄取控制界面，以及，

以所述光学显微成像系统为基础，以光学矢量参数为变量对所述光学系统的归一化光强进行动态模式化分析的矢量模式化光路模块；

通过在所述光学系统中自动进行甄别，判断有无旋转双折射、有无旋转偏振或者有无双吸收特性，进而确定是线性双折射模型、双吸收模型、旋转偏振模型或旋转双折射模型中相应的一个，并依据确定的物理模型获取和分析数据，

所述光学矢量参数包括线性偏振角、旋转偏振角、正交偏振间相差或偏振位相。

3.根据权利要求2所述的基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征还在于，该成像方法中，在所述光学系统的照明光路中还设有锥光镜，通过在所述光学系统中自动选择锥光显微，调焦后所得的图像根据标准偏振锥光显微分析方式进行甄别，进而判断有无旋转双折射、有无旋转偏振或者有无双吸收特性。

4.根据权利要求1所述的基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征还在于，其特征在于，

在基于所述线性双折射模型的模式化测量中，所述变量为入射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角，X坐标轴垂直于观察者视线；

在基于所述双吸收模型的模式化测量中，所述变量为出射线性偏振与测量系统在水平面的X坐标轴的夹角；

在基于所述旋转偏振模型的模式化测量中，所述变量为入射端的波片的主轴与入射线性偏振片偏振方向的夹角；

在基于所述旋转双折射模型的模式化测量中，所述变量包括入射偏振角、试样旋转角和出射端分析偏振角。

5.根据权利要求3所述的基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征在于，它还包括：

在步进测量一个周期以后，所得的与面阵传感器阵列相对应的光强数据阵列中的每一个象素的数据，根据不同的物理模型采用不同的数学等式进行曲线的拟合，其中，

根据所述线性双折射模型，拟合的曲线的公式为：

其中I是传感器得到的光强，I₀是光强的幅值，I/I₀为归一化光强，δ＝2πLΔn/λ，δ是相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长，α是偏振方向与X轴夹角，是双折射中传播较慢的偏振方向与X轴的夹角，即位相角；

根据所述双吸收模型，拟合的曲线的公式为：

其中ε＝2πLΔk/λ，ε是本征双吸收，Δk＝2(T0°–T90°)/(T0°+T90°)，T0°、T90°为两主偏振方向的透过率，Δk是双透过率，是最强吸收方向的位相角；

根据所述旋转偏振模型，拟合的曲线的公式为：

其中，α是偏振方向与X轴夹角，是位相角，为旋转角；

根据所述旋转双折射模型，拟合的曲线的公式为：

$\frac{I}{I_0}=a_0+a_1\mathrm{\Ω}+a_{2}Y+a_3\mathrm{\Ω}Y+{\mathrm{\Ω}}^2+Y^2$

其中a₀是常数， a₃＝2cosδ，θ₀为旋转初始位相角，η为旋转双吸收,δ＝2πLΔn/λ，δ旋转是相差，L是透射试样厚度，Δn是双折射，λ是测量用单色光波长。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于光学矢量模式化的非直观成像方法，其特征在于，

所述步骤(4)具体包括：

根据所述线性双折射模型，得到光学矢量参数值，包括正弦相差|sinδ|、位相角和归一化光强I/I₀；

或者，根据所述双吸收模型，得到光学矢量参数值，包括指数正弦本征吸收sinhε、吸收位相角和归一化光强I/I₀；

或者，根据所述旋转偏振模型，得到光学矢量参数值，包括旋转角位相角和归一化光强I/I₀；

或者，根据所述旋转双折射模型，得到光学矢量参数值，包括旋转初始位相角θ＝θ₀-η/δ，旋转双吸收η和正弦相差|sinδ|；

根据得到的光学矢量参数值放回与其相应的像素坐标，生成各自的非直观图像。