RU205950U1

RU205950U1 - SUPER RESOLUTION DIGITAL MICROSCOPE

Info

Publication number: RU205950U1
Application number: RU2020138773U
Authority: RU
Inventors: Виталий Вениаминович Беззубик; Николай Романович Белашенков; Ярослав Вадимович Рудин
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Полезная модель относится к оптической технике, в частности к микроскопии, и может быть использована при получении цифровых изображений микрообъектов со сверхразрешением методом Фурье-птихографии. Цифровой микроскоп со сверхразрешением включает расположенные последовательно вдоль оптической оси линзу, микрообъектив и матричный фотоприемник изображения, а также светодиод, размещенный на оптической оси в передней фокальной плоскости линзы. Между линзой и микрообъективом установлен управляемый селектор-дефлектор, обеспечивающий возможность пространственного выделения части формируемого линзой светового пучка излучения светодиода и отклонения этой части пучка к оптической оси в плоскость установки исследуемого объекта с разных направлений под углом, равным апертурному углу микрообъектива. Указанный управляемый селектор-дефлектор может быть выполнен в виде установленного с возможностью управляемого вращения вокруг оптической оси непрозрачного диска, имеющего смещенное относительно оси вращения отверстие, сопряженное с оптическим клином, установленным таким образом, что его утолщенная часть обращена в сторону оптической оси, а угол оптического клина δ связан с апертурным углом микрообъектива α следующим соотношением:δ = α / (n - 1), где n - показатель преломления оптического материала клина.The utility model relates to optical technology, in particular to microscopy, and can be used to obtain digital images of microobjects with superresolution by the Fourier-ptychography method. A digital microscope with superresolution includes a lens, a microlens and a matrix photodetector arranged in series along the optical axis of the image, as well as an LED located on the optical axis in the front focal plane of the lens. A controllable deflector selector is installed between the lens and the micro-lens, which provides the possibility of spatial separation of a part of the light beam of the LED radiation formed by the lens and the deflection of this part of the beam to the optical axis into the installation plane of the object under study from different directions at an angle equal to the aperture angle of the micro-lens. The specified controllable selector-deflector can be made in the form of an opaque disk mounted with the possibility of controllable rotation around the optical axis, having an opening offset relative to the axis of rotation, mated with an optical wedge, installed in such a way that its thickened part is directed towards the optical axis, and the angle of the optical wedge δ is related to the microlens aperture angle α by the following relationship: δ = α / (n - 1), where n is the refractive index of the optical material of the wedge.

Description

Полезная модель относится к оптической технике, в частности к микроскопии, и может быть использована при получении цифровых изображений микрообъектов со сверхразрешением методом Фурье-птихографии. В основе этого метода лежит использование поочередного освещения помещенного на предметный столик микроскопа объекта под разными углами и фиксации этих изображений фотоприемником. Затем полученные изображения с низким пространственным разрешением объединяют по специальному алгоритму в один снимок с более высоким пространственным разрешением. В результате, например, работая с микрообъективом с малой числовой апертурой и имея соответствующее поле зрения, можно получить изображение объекта с разрешением, соответствующим микрообъективу с высокой числовой апертурой, без изменения поля зрения.The utility model relates to optical technology, in particular to microscopy, and can be used to obtain digital images of microobjects with superresolution by the Fourier-ptychography method. This method is based on the use of alternate illumination of an object placed on the stage of a microscope at different angles and fixation of these images with a photodetector. Then the obtained images with low spatial resolution are combined according to a special algorithm into one image with a higher spatial resolution. As a result, for example, working with a micro-lens with a small numerical aperture and having an appropriate field of view, it is possible to obtain an image of an object with a resolution corresponding to a micro-lens with a high numerical aperture, without changing the field of view.

Известен цифровой микроскоп с лазерной системой подсветки объекта наблюдения (Патент США, US 10228550, опубл. 12.03.2019 «Laser-based Fourier ptychographic imaging systems and methods»). Данное устройство реализует метод Фурье-птихографии при получении цифровых изображений со сверхвысоким пространственным разрешением и включает лазерную систему подсветки объекта наблюдения, микрообъектив, матричный фотоприемник, контроллер и дисплей для отображения результата наблюдения, причем лазерная система подсветки объекта наблюдения выполнена в виде лазерного источника, оптического сканера и совокупности зеркал, совместно обеспечивающих возможность освещения объекта наблюдения коллимированным излучением под разными углами относительно оптической оси микрообъектива.Known digital microscope with a laser system for illuminating the object of observation (US Patent, US 10228550, publ. 03/12/2019 "Laser-based Fourier ptychographic imaging systems and methods"). This device implements the Fourier-ptychography method when obtaining digital images with ultra-high spatial resolution and includes a laser system for illuminating the observed object, a micro lens, a matrix photodetector, a controller and a display for displaying the observation result, and the laser system for illuminating the observed object is made in the form of a laser source, an optical scanner and a set of mirrors that together provide the ability to illuminate the observation object with collimated radiation at different angles relative to the optical axis of the microlens.

Недостатком этого устройства является сложность механического управления лазерным лучом с обеспечением высокой точности его ориентации, а также наличие спекл-структуры в световом поле лазерного излучения, являющейся источником шумов при обработке изображений.The disadvantage of this device is the complexity of mechanical control of the laser beam with a high accuracy of its orientation, as well as the presence of a speckle structure in the light field of laser radiation, which is a source of noise during image processing.

Известен цифровой микроскоп с изображающей системой, основанный на использовании метода мультиплексной Фурье-птихографии (Международная заявка WO 2016/0890331, опубл. 09.06.2016 (Multiplexed Fourier ptychography imaging systems and methods»), включающий систему подсветки объекта наблюдения, микрообъектив, матричный фотоприемник, контроллер и дисплей для отображения результата наблюдения. В данном устройстве осветитель объекта выполнен в виде матрицы светодиодов, а цифровые изображения объекта получают путем последовательного освещения объекта наблюдения излучением нескольких светодиодов, образующих уникальные световые паттерны. Контроллер цифрового микроскопа обеспечивает управление светодиодами в матрице и обрабатывает получаемые с выхода матричного фотоприемника цифровые изображения. Таким образом, получают первый набор изображений с низким разрешением, относящийся к режиму подсветки наблюдаемого объекта несколькими паттернами. Далее формируют второй набор изображений с низким разрешением путем математической обработки первого набора с целью соотнесения каждого изображения с низким разрешением с индивидуальным светодиодом в матрице. Изображение со сверхразрешением получают в результате математической обработки изображений второго набора методом Фурье-птихографии. Данный микроскоп реализует такой сложный алгоритм с целью сокращения времени получения цифрового изображения объекта с высоким пространственным разрешением, однако, компромисс достигается за счет получения результирующих цифровых изображений с непрогнозируемым качеством, т.к. для достижения максимального качества каждый объект наблюдения требует, вообще говоря, индивидуального набора паттернов, который заранее неизвестен.Known digital microscope with an imaging system, based on the use of the method of multiplex Fourier ptychography (International application WO 2016/0890331, publ. 09.06.2016 (Multiplexed Fourier ptychography imaging systems and methods "), including a system of illumination of the object of observation, microlens, matrix photodetector, controller and display for displaying the result of observation.In this device, the illuminator of the object is made in the form of a matrix of LEDs, and digital images of the object are obtained by sequentially illuminating the object of observation with the radiation of several LEDs, forming unique light patterns. Thus, the first set of low-resolution images is obtained, related to the illumination mode of the observed object with several patterns. Next, the second set of low-resolution images is formed. by mathematical processing of the first set in order to correlate each low-resolution image with an individual LED in the matrix. An image with super-resolution is obtained as a result of mathematical processing of images of the second set by the Fourier-ptychography method. This microscope implements such a complex algorithm in order to reduce the time for obtaining a digital image of an object with a high spatial resolution, however, a compromise is achieved by obtaining the resulting digital images with unpredictable quality, because to achieve maximum quality, each object of observation requires, generally speaking, an individual set of patterns, which is unknown in advance.

Качество изображения со сверхразрешением определяется рядом предъявляемых к осветителю технических требований: высокая точность позиционирования каждого из светодиодов в матрице, идентичность их спектральных и энергетических характеристик, достаточная мощность светового потока, достигающего фотоприемника и др.The quality of the super-resolution image is determined by a number of technical requirements for the illuminator: high positioning accuracy of each of the LEDs in the matrix, the identity of their spectral and energy characteristics, sufficient power of the luminous flux reaching the photodetector, etc.

Известен цифровой микроскоп со сверхразрешением (патент РФ №200144 опубл. 08.10.2020, Бюл. №28), включающий светодиодный осветитель исследуемого объекта, который содержит, по меньшей мере, три светодиода, микрообъектив, фотоприемник изображения и компьютер, включающий средства управления светодиодным осветителем, а также средства обработки и отображения цифрового изображения, расстояния между каждым светодиодом осветителя и двумя ближайшими к нему светодиодами равны, светодиоды в осветителе расположены на одинаковых расстояниях от центра входного зрачка микрообъектива и каждый из них снабжен коллиматорной линзой, установленной таким образом, что ее оптическая ось пересекает оптическую ось микрообъектива в его переднем фокусе под углом равным апертурному углу микрообъектива.Known digital microscope with superresolution (RF patent No. 20044 publ. 08.10.2020, bull. No. 28), including an LED illuminator of the object under study, which contains at least three LEDs, a microlens, a photodetector and a computer that includes controls for the LED illuminator , as well as means for processing and displaying a digital image, the distances between each LED of the illuminator and two LEDs closest to it are equal, the LEDs in the illuminator are located at equal distances from the center of the entrance pupil of the microlens and each of them is equipped with a collimator lens installed in such a way that its optical the axis crosses the optical axis of the microlens in its front focus at an angle equal to the aperture angle of the microlens.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели и выбранным за прототип является цифровой микроскоп со сверхразрешением, описанный в статье (Jiasong Sun, Chao Zuo, Jialin Zhang, Yao Fan & Qian Chen «High-speed Fourier ptychographic microscopy based on programmable annular illuminations» Scientific Reports. 2018. V. 8(7669). P. 1-12). Прототип включает осветитель, микрообъектив, матричный фотоприемник и программно-аппаратный модуль для реализации метода Фурье-птихографии. Осветитель прототипа выполнен в виде матрицы одинаковых светодиодов с коллимирующими микролинзами. Светодиоды в матрице ориентированы соосно друг другу и расположены в узлах прямоугольной координатной сетки. Осветитель дополнительно включает линзу, расположенную между матрицей светодиодов и микрообъективом.The closest to the claimed utility model and selected for the prototype is a superresolution digital microscope described in the article (Jiasong Sun, Chao Zuo, Jialin Zhang, Yao Fan & Qian Chen "High-speed Fourier ptychographic microscopy based on programmable annular illuminations" Scientific Reports. 2018. V. 8 (7669). P. 1-12). The prototype includes an illuminator, a microlens, a matrix photodetector, and a hardware-software module for implementing the Fourier-ptychography method. The prototype illuminator is made in the form of a matrix of identical LEDs with collimating microlenses. The LEDs in the matrix are oriented coaxially to each other and are located at the nodes of a rectangular coordinate grid. The illuminator additionally includes a lens located between the LED array and the microlens.

Цифровые изображения со сверхразрешением в прототипе получают методом Фурье-птихографии путем последовательной регистрации ряда изображений с низким пространственным разрешением при освещении наблюдаемого объекта коллимированными световыми пучками, излучаемыми разными светодиодами матрицы, причем освещение объекта каждым светодиодом осуществляют под углом близким к апертурному углу микрообъектива, с последующим синтезом цифрового изображения со сверхразрешением путем математической обработки и преобразования Фурье-спектров изображений с низким пространственным разрешением. Качество цифрового изображения со сверхразрешением в прототипе определяется точностью сведения световых пучков светодиодов на наблюдаемом объекте после прохождения дополнительной линзы, расположенной между матрицей светодиодов и микрообъективом, совпадением их спектральных и энергетических характеристик, а также величиной разброса пространственных параметров волновых фронтов их пучков. Выбор угла сведения световых пучков близким к апертурному углу микрообъектива обеспечивает регистрацию набора изображений низкого разрешения близко к границе режима «светлого поля», что является компромиссом между степенью повышения пространственного разрешения микроскопа и качеством изображений низкого разрешения, обусловленных соотношением сигнал-шум и определяющих устойчивость и сходимость метода Фурье-птихографии.Digital images with super-resolution in the prototype are obtained by the Fourier-ptychography method by sequentially registering a number of images with low spatial resolution when the observed object is illuminated with collimated light beams emitted by different LEDs of the matrix, and the object is illuminated with each LED at an angle close to the aperture angle of the microlens, followed by synthesis digital image with super-resolution by mathematical processing and transformation of Fourier spectra of images with low spatial resolution. The quality of a digital image with superresolution in the prototype is determined by the accuracy of converging the light beams of LEDs on the observed object after passing through an additional lens located between the LED matrix and the microlens, the coincidence of their spectral and energy characteristics, as well as the magnitude of the spread of the spatial parameters of the wavefronts of their beams. The choice of the convergence angle of light beams close to the aperture angle of the microlens provides registration of a set of low-resolution images close to the border of the "brightfield" mode, which is a compromise between the degree of increase in the spatial resolution of the microscope and the quality of low-resolution images, due to the signal-to-noise ratio and determining stability and convergence. Fourier-ptychography method.

Недостатком прототипа является низкое качество изображения со сверхразрешением, обусловленное разбросом углов, под которыми наблюдаемый объект освещают пучки светодиодов матрицы, и разбросом пространственных параметров волновых фронтов этих пучков. Первый фактор обусловлен особенностью расположения светодиодов матрицы в узлах прямоугольной координатной сетки и наличием осевой симметрии дополнительной линзы, обеспечивающей сведение освещающих наблюдаемый объект световых пучков. Эта особенность делает принципиально невозможным точное равенство углов, под которыми разные светодиоды матрицы освещают наблюдаемый объект. Второй фактор связан с наличием коллимирующих микролинз, точнее с разбросом их аберраций, которые вносят различные и неконтролируемые искажения в волновые фронты световых пучков от разных светодиодов матрицы. Оба отмеченных фактора существенно влияют на результат обработки и преобразования Фурье-спектров изображений с низким пространственным разрешением и в конечном итоге определяют основной недостаток прототипа. Кроме того, наличие большого количества светодиодов с коллимирующими микролинзами в прототипе усложняет его конструкцию и повышает стоимость устройства.The disadvantage of the prototype is the low quality of the image with superresolution, due to the spread of the angles at which the observed object is illuminated by the beams of the matrix LEDs, and the spread of the spatial parameters of the wave fronts of these beams. The first factor is due to the peculiarity of the arrangement of the LEDs of the matrix at the nodes of the rectangular coordinate grid and the presence of axial symmetry of the additional lens, which ensures the convergence of the light beams illuminating the observed object. This feature makes it fundamentally impossible to exactly equal the angles at which different LEDs of the matrix illuminate the observed object. The second factor is associated with the presence of collimating microlenses, more precisely, with the spread of their aberrations, which introduce various and uncontrollable distortions into the wavefronts of light beams from different LEDs of the matrix. Both noted factors significantly affect the result of processing and transforming the Fourier spectra of images with low spatial resolution and ultimately determine the main disadvantage of the prototype. In addition, the presence of a large number of LEDs with collimating microlenses in the prototype complicates its design and increases the cost of the device.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение качества цифровых изображений при обеспечении максимального разрешения микроскопа и упрощении его конструкции.The problem to be solved by the proposed utility model is to improve the quality of digital images while ensuring the maximum resolution of the microscope and simplifying its design.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в оптимизации осветителя цифрового микроскопа и устранении факторов, снижающих качество цифровых изображений максимального разрешения в прототипе. А именно, в осветителе заявляемого устройства предлагается установить один светодиод без коллимирующей микролинзы непосредственно на оси дополнительной линзы, что соответствует ее осевой симметрии, а сведение освещающих наблюдаемый объект световых пучков под одинаковыми углами предлагается обеспечить за счет расположения между дополнительной линзой и микрообъективом управляемого селектора-дефлектора. Таким образом, волновой фронт светового пучка от единственного светодиода осветителя не имеет неконтролируемых фазовых искажений, т.к. этот светодиод не содержит коллиматорной микролинзы. Отсутствие других светодиодов дополнительно упрощает конструкцию микроскопа.The task is solved by achieving a technical result, which consists in optimizing the illuminator of a digital microscope and eliminating factors that reduce the quality of digital images of maximum resolution in the prototype. Namely, in the illuminator of the claimed device, it is proposed to install one LED without a collimating microlens directly on the axis of the additional lens, which corresponds to its axial symmetry, and it is proposed to ensure the convergence of the light beams illuminating the observed object at the same angles due to the location between the additional lens and the microlens of the controlled selector-deflector ... Thus, the wavefront of the light beam from a single LED of the illuminator does not have uncontrolled phase distortions, since this LED does not contain a collimator microlens. The absence of other LEDs further simplifies the design of the microscope.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в цифровом микроскопе со сверхразрешением, включающем расположенные последовательно вдоль оптической оси линзу, микрообъектив и матричный фотоприемник изображения, а также светодиод, размещенный в передней фокальной плоскости линзы на ее оптической оси, между линзой и микрообъективом установлен управляемый селектор-дефлектор, обеспечивающий возможность пространственного выделения части формируемого линзой светового пучка излучения светодиода и отклонения этой части пучка к оптической оси в плоскость установки исследуемого объекта с разных направлений под углом равным апертурному углу микрообъектива. Указанный цифровой микроскоп со сверхразрешением включает также компьютер, обеспечивающий функции управления светодиодом и селектором-дефлектором, а также обработку цифровых изображений, получаемых с выхода матричного фотоприемника, и формирование из них цифрового изображения со сверхразрешением.The claimed technical result is achieved by the fact that in a digital microscope with superresolution, which includes a lens, a microlens and a matrix photodetector arranged in series along the optical axis, as well as an LED located in the front focal plane of the lens on its optical axis, a controllable selector is installed between the lens and the microlens. a deflector providing the possibility of spatial separation of a part of the LED light beam formed by the lens and deflection of this part of the beam to the optical axis into the installation plane of the object under study from different directions at an angle equal to the aperture angle of the microlens. The specified digital microscope with superresolution also includes a computer that provides the functions of controlling the LED and the selector-deflector, as well as processing digital images obtained from the output of the matrix photodetector, and forming a digital image from them with superresolution.

Кроме того селектор-дефлектор может быть выполнен в виде установленного с возможностью управляемого вращения вокруг оптической оси непрозрачного диска, имеющего смещенное относительно оси вращения отверстие, сопряженное с оптическим клином, расположенным таким образом, что его утолщенная часть обращена в сторону оптической оси, а угол оптического клина δ связан с апертурным углом микрообъектива α следующим соотношением:In addition, the selector-deflector can be made in the form of an opaque disk installed with the possibility of controllable rotation around the optical axis, having an opening offset relative to the axis of rotation, mated with an optical wedge located in such a way that its thickened part faces the optical axis, and the angle of the optical wedge δ is related to the microlens aperture angle α as follows:

δ = α / (n - 1),δ = α / (n - 1),

где n - показатель преломления оптического материала клина.where n is the refractive index of the optical material of the wedge.

Повышение качества цифрового изображения со сверхразрешением по сравнению с прототипом в заявляемой полезной модели определяется повышением точности соблюдения одинаковости условий освещения исследуемого объекта с различных направлений при формировании и регистрации цифровых изображений низкого разрешения. Повышение точности обеспечивается за счет применения одного светодиода причем без коллимируюшей микролинзы, а также фактора осевой симметрии выделения части формируемого линзой параллельного светового пучка одним отверстием в непрозрачном диске и применением одного отклоняющего элемента (оптического клина) при совпадении оси вращения диска с оптической осью устройства. Такая схема осветителя микроскопа обеспечивает совпадение спектральных и энергетических характеристик, а также минимизирует величину разброса пространственных параметров волновых фронтов пучков, освещающих исследуемый объект под одним углом с различных направлений.An increase in the quality of a digital image with super-resolution in comparison with the prototype in the claimed utility model is determined by an increase in the accuracy of observing the same illumination conditions of the object under study from different directions during the formation and registration of low-resolution digital images. An increase in accuracy is provided through the use of one LED, and without a collimating microlens, as well as the factor of axial symmetry of the separation of a part of the parallel light beam formed by the lens by one hole in an opaque disk and the use of one deflecting element (optical wedge) when the axis of rotation of the disk coincides with the optical axis of the device. This scheme of the microscope illuminator ensures the coincidence of the spectral and energy characteristics, and also minimizes the spread of the spatial parameters of the wavefronts of the beams illuminating the object under study at the same angle from different directions.

Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 изображен вид управляемого селектора-дефлектора.The essence of the utility model is illustrated by a drawing. FIG. 1 shows a diagram of the proposed device. FIG. 2 shows a view of a controlled selector-deflector.

Цифровой микроскоп со сверхразрешением включает светодиод 1 без коллиматорной микролинзы. Светодиод 1 расположен в переднем фокусе линзы 2 на ее оптической оси. Узел заявляемого устройства со сложным названием «управляемый селектор-дефлектор» 3 расположен на оптической оси между линзой 2 и микрообъективом 4. Матричный фотоприемник изображения 6 установлен на оптической оси за микрообъективом 4 и оптической системой 5. Компьютер 7 обеспечивает электрическое соединение с выходом матричного фотоприемника изображения 6, а также входами светодиода 1 и управляемого селектора-дефлектора 3.The super-resolution digital microscope includes LED 1 without a collimator microlens. LED 1 is located at the front focus of lens 2 on its optical axis. The node of the claimed device with the complex name "controllable selector-deflector" 3 is located on the optical axis between the lens 2 and the micro-lens 4. The matrix image sensor 6 is mounted on the optical axis behind the micro-lens 4 and the optical system 5. The computer 7 provides an electrical connection with the output of the matrix image sensor 6, as well as the inputs of LED 1 and controlled selector-deflector 3.

В варианте наилучшей технической реализации заявляемого устройства управляемый селектор-дефлектор 3 выполнен в виде установленного с возможностью управляемого вращения вокруг оптической оси непрозрачного диска 8, имеющего смещенное относительно оси вращения отверстие 9, сопряженное с оптическим клином 10, расположенным таким образом, что его утолщенная часть обращена в сторону оптической оси. Управляемое вращение диска 8 обеспечено двигателем с управляемым приводом 11, например, через зубчатую передачу.In the variant of the best technical implementation of the proposed device, the controlled selector-deflector 3 is made in the form of an opaque disk 8 installed with the possibility of controlled rotation around the optical axis, having a hole 9 offset relative to the axis of rotation, coupled with an optical wedge 10, located in such a way that its thickened part faces towards the optical axis. The controlled rotation of the disk 8 is provided by a motor with a controlled drive 11, for example, via a gear train.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Компьютер 6 включает светодиод 1. Светодиод 1, не снабженный коллиматорной микролинзой, испускает световое излучение в широком телесном угле. Это излучение падает на линзу 2. Ввиду того, что светодиод 1 установлен на оптической оси линзы 2 в ее переднем фокусе, излучение светодиода 1 после прохождения линзы 2 представляет собой широкий параллельный световой пучок. Это пучок поступает на вход управляемого селектора-дефлектора 3. Данный узел цифрового микроскопа осуществляет пространственную селекцию части поступающего на его вход светового излучения. Непрозрачный диск 8 не пропускает (поглощает или отражает) световое излучение за исключением той его части, которая падает на отверстие 9, выполненное в непрозрачном диске 8. Этот диск 8 кинематически связан с управляемым от компьютера 7 приводом 11, который обеспечивает возможность вращения диска 8 вокруг оптической оси, а упомянутое выше отверстие 9 в диске 8 смещено относительно оси вращения диска 8. Часть параллельного светового пучка проходит через отверстие 9 и поступает на вход оптического клина 10, расположенного таким образом, что его утолщенная часть обращена в сторону оптической оси. Указанное расположение оптического клина 10 обеспечивает отклонение упомянутой выше части параллельного светового пучка в направлении оптической оси. Угол отклонения α определяется углом 8 оптического клина 10 и показателем преломления n оптического материала, из которого он изготовлен. Отклоненный оптическим клином 10 параллельный световой пучок освещает плоскость установки исследуемого объекта 12. Оптическая система 5, расположенная между микрообъективом 4 и матричным фотоприемником изображения 6, обеспечивает формирование изображения исследуемого объекта, расположенного перед микрообъективом 4 в его передней фокальной плоскости 12 и освещаемого отклоненным оптическим клином 10 параллельным световым пучком, на приемной площадке матричного фотоприемника изображения 6. После регистрации изображения исследуемого объекта компьютер 7 выключает светодиод 1, подает команду на управляемый привод 11, который поворачивает диск 8 вокруг оптической оси и устанавливает отверстие 9 в новое положение. Далее повторяется процедура регистрации нового изображения исследуемого объекта, освещаемого параллельным световым пучком под тем же углом α, но с другого направления. Полученный таким образом ряд изображений с низким пространственным разрешением при освещении исследуемого объекта коллимированными световыми пучками с разных направлений под одним и тем же углом является основой для получения цифровых изображений со сверхразрешением методом Фурье-птихографии.The claimed device operates as follows. Computer 6 turns on LED 1. LED 1, not equipped with a collimator microlens, emits light in a wide solid angle. This radiation falls on the lens 2. Since the LED 1 is mounted on the optical axis of the lens 2 in its front focus, the radiation of the LED 1 after passing through the lens 2 is a wide parallel light beam. This beam enters the input of the controlled selector-deflector 3. This unit of the digital microscope carries out spatial selection of a part of the light radiation arriving at its input. The opaque disk 8 does not transmit (absorb or reflect) light radiation except for that part of it that falls on the hole 9 made in the opaque disk 8. This disk 8 is kinematically connected to the drive 11 controlled by the computer 7, which allows the disk 8 to rotate around optical axis, and the aforementioned hole 9 in the disk 8 is offset relative to the axis of rotation of the disk 8. Part of the parallel light beam passes through the hole 9 and enters the entrance of the optical wedge 10 located in such a way that its thickened part faces the optical axis. This arrangement of the optical wedge 10 allows the above-mentioned part of the parallel light beam to be deflected in the direction of the optical axis. The deflection angle α is determined by the angle 8 of the optical wedge 10 and the refractive index n optical material from which it is made. The parallel light beam deflected by the optical wedge 10 illuminates the installation plane of the object under study 12. Optical system 5, located between the microlens 4 and the matrix photodetector of the image 6, provides the formation of an image of the object under study, located in front of the microlens 4 in its front focal plane 12 and illuminated by the deflected optical wedge 10 parallel light beam, on the receiving area of the matrix photodetector of the image 6. After registering the image of the object under study, the computer 7 turns off the LED 1, sends a command to the controlled drive 11, which rotates the disk 8 around the optical axis and sets the hole 9 to a new position. Then, the procedure for registering a new image of the object under study is repeated, illuminated by a parallel light beam at the same angle α, but from a different direction. The resulting series of images with low spatial resolution when the object under study is illuminated with collimated light beams from different directions at the same angle is the basis for obtaining digital images with superresolution by the Fourier-ptychography method.

Claims

1. A digital microscope with superresolution, which includes a lens, a microlens and a matrix photodetector arranged in series along the optical axis, as well as an LED located in the front focal plane of the lens, characterized in that the LED is located on the optical axis, and a controllable selector is installed between the lens and the microlens - a deflector that provides the possibility of spatial separation of a part of the light beam of the LED radiation formed by the lens and deflection of this part of the beam to the optical axis into the plane of installation of the object under study from different directions at an angle equal to the aperture angle of the microlens.

2. A digital microscope with superresolution according to claim 1, characterized in that the controlled selector-deflector is made in the form of an opaque disk installed with the possibility of controllable rotation around the optical axis and having an opening offset relative to the axis of rotation, coupled with an optical wedge located in such a way that its thickened part is directed towards the optical axis, and the angle of the optical wedge δ is related to the microlens aperture angle α as follows:

δ = α / (n - 1),

where n is the refractive index of the optical material of the wedge.