Способ формирования изображения микрообъекта (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

Способ формирования изображения микрообъекта (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Группа изобретений относится к микроскопии, а именно к способам формирования изображения микрообъектов и к устройству конфокальных сканирующих микроскопов, и может быть использовано при исследовании различных микрообъектов, в том числе живых биологических структур.

Уровень техники

Известно устройство (патент США №3013467, опубликован 19.12.1961), реализующее способ формирования изображения микрообъекта, согласно которому свет через осветительную диафрагму направляют на исследуемый микрообъект, фокусируют свет в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной диафрагмы с плоскостью исследования; фокусируют свет, прошедший через исследуемый микрообъект, на приемной диафрагме, оптически сопрягая плоскость приемной диафрагмы с плоскостью исследования, после прохождения светом приемной диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию, получая фотоэлектрический сигнал; сканируют исследуемый объект, перемещая его по двум координатам в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы; регистрируют координаты перемещения исследуемого микрообъекта в каждый момент времени сканирования; фотоэлектрический сигнал согласуют с координатами микрообъекта и направляют на отображающее устройство, на котором получают изображение исследуемого микрообъекта. Устройство согласно патенту США №3013467 включает последовательно и соосно расположенные источник света с конденсором, осветительную диафрагму, идентичные осветительный и приемный объективы сопряжения, приемную диафрагму и фотоприемник, причем объективы сопряжения расположены симметрично относительно плоскости исследования так, что плоскость осветительной диафрагмы, плоскость исследования, плоскость приемной диафрагмы являются взаимно оптически сопряженными, сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта; устройство регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта; отображающее устройство, в качестве которого в указанном патенте используется электронный осциллограф.

Известен вариант устройства (патент США №3013467, опубликован 19.12.1961), реализующего способ формирования изображения микрообъекта, согласно которому свет через осветительную диафрагму направляют на исследуемый микрообъект, фокусируют свет в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной диафрагмы с плоскостью исследования; направляют свет, отраженный или излученный исследуемым микрообъектом, на приемную диафрагму, оптически сопрягая плоскость приемной диафрагмы с плоскостью исследования, после прохождения светом приемной диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию, получая фотоэлектрический сигнал; сканируют исследуемый объект, перемещая его по двум координатам в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы; регистрируют координаты перемещения исследуемого микрообъекта в каждый момент времени сканирования; фотоэлектрический сигнал согласуют с координатами микрообъекта и направляют на отображающее устройство, на котором получают изображение исследуемого микрообъекта. Данный вариант устройства согласно патенту США №3013467 включает последовательно расположенные источник света с конденсором, осветительную диафрагму, светоделитель, объектив сопряжения, приемную диафрагму, расположенную за светоделителем, и фотоприемник, причем объектив сопряжения и светоделитель расположены так, что плоскость осветительной диафрагмы, плоскость исследования, плоскость приемной диафрагмы являются взаимно оптически сопряженными, при этом центры обоих диафрагм расположены на оптической оси объектива сопряжения; сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта; устройство регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта; отображающее устройство.

Основными недостатками вариантов способа и устройства согласно патенту США №3013467 являются длительное время сканирования и относительно невысокая разрешающая способность.

Известно также аналогичное устройство (Handbook of Biological Confocal Microscopy. Third Edition. Edited by James B. Pawley. Springer Science + Business Media. LLC. New York. 2000. P. 207-220), в котором сканирующая платформа выполнена трехкоординатной с возможностью дополнительного перемещения вдоль оптической оси системы, что позволяет производить «послойное» сканирование исследуемого микрообъекта и получать его трехмерное изображение.

Главными недостатком данного устройства также являются относительно низкая разрешающая способность и длительное время сканирования, которое увеличивается из-за увеличения площади сканирования.

Известен способ уменьшения размера дифракционного максимума оптической системы (патент США №7471435 В2, опубликован 30.12.2008), обеспечивающий увеличения разрешающей способности, с применением круговых аподизационных диафрагм, которые устанавливают в плоскости апертурной диафрагмы оптической системы или в сопряженной с ней плоскости.

Недостатком применения таких аподизационных диафрагм является то, что заметного сужения дифракционного максимума можно добиться лишь при значительном снижении коэффициента пропускания системы. Другим недостатком является зависимость их эффективности от аберраций оптической системы, прежде всего, от сферической аберрации.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство (патент РФ №2018891, опубликован 30.08.1994), реализующее способ формирования изображения микрообъекта, согласно которому свет через осветительную щелевую диафрагму направляют на исследуемый микрообъект, фокусируют свет в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; фокусируют свет, прошедший через исследуемый микрообъект, на приемной щелевой диафрагме, оптически сопрягая плоскость приемной диафрагмы с плоскостью исследования; после прохождения светом приемной диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию во множестве малых участков вдоль приемной щелевой диафрагмы, получая фотоэлектрические сигналы в процессе сканирования исследуемого объекта в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы, перемещая его в направлении, перпендикулярном длинной стороне проекции щелевых диафрагм на плоскость исследования. Устройство согласно патенту РФ №2018891 включает последовательно расположенные источник света с конденсором, содержащим цилиндрический компонент, осветительную щелевую диафрагму, идентичные осветительный и приемный объективы сопряжения, приемную щелевую диафрагму и многоэлементный фотоприемник, плоскость чувствительной площадки которого совмещена с плоскостью приемной щелевой диафрагмы, причем объективы сопряжения расположены симметрично относительно плоскости исследования так, что плоскость осветительной щелевой диафрагмы, плоскость исследования, общая плоскость приемной щелевой диафрагмы и многоэлементного фотоприемника являются взаимно оптически сопряженными а центры осветительной, приемной щелевых диафрагм, фотоприемника и оптические оси объективов сопряжения находятся на одной оси, а длинные стороны щелевых диафрагм и фотоприемника ориентированы в одном направлении; сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта. В качестве многоэлементного фотоприемника согласно патенту используют линейку фотодетекторов.

Другим наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является вариант устройства (патент РФ №2018891, опубликован 30.08.1994), реализующего способ формирования изображения микрообъекта, согласно которому свет через осветительную щелевую диафрагму направляют на исследуемый микрообъект, фокусируют свет в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; направляют свет, отраженный или излученный исследуемым микрообъектом, на приемную щелевую диафрагму, оптически сопрягая плоскость приемной диафрагмы с плоскостью исследования; после прохождения светом приемной диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию во множестве малых участков вдоль приемной щелевой диафрагмы, получая фотоэлектрические сигналы в процессе сканирования исследуемого объекта в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы, перемещая его в направлении, перпендикулярном длинной стороне проекции щелевых диафрагм на плоскость исследования. Данный вариант устройства согласно патенту РФ №2018891 включает последовательно расположенные источник света с конденсором, содержащим цилиндрический компонент, осветительную щелевую диафрагму, светоделитель, объектив сопряжения, приемную щелевую диафрагму, расположенную за светоделителем, и многоэлементный фотоприемник, плоскость чувствительной площадки которого совмещена с плоскостью приемной щелевой диафрагмы, причем объектив сопряжения и светоделитель расположены так, что плоскость осветительной диафрагмы, плоскость исследования, общая плоскость приемной диафрагмы и многоэлементного фотоприемника являются взаимно оптически сопряженными, при этом центры обоих диафрагм и фотоприемника расположены на оптической оси объектива сопряжения, а длинные стороны щелевых диафрагм и фотоприемника ориентированы в одном направлении; сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта.

Основным недостатком вариантов способа и устройства согласно патенту РФ №2018891 является относительно невысокое разрешение, которое, кроме того, снижается в направлении, перпендикулярном направлению сканирования.

Раскрытие изобретения

Основной задачей предлагаемого изобретения является создание такого способа формирования изображения микрообъекта, который повышал бы детализацию (разрешение) формируемого изображения как в поперечном направлении, так и по глубине (трехмерное изображение), а также создание такого устройства, в котором могли бы быть наилучшим образом реализованы преимущества этого способа.

Сущность предложенного способа заключается в том, что в известном способе формирования изображения микрообъекта, при котором оптическое излучение через осветительную щелевую диафрагму направляют на исследуемый микрообъект; фокусируют излучение в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; фокусируют излучение, прошедшее через исследуемый микрообъект, на приемной щелевой диафрагме, оптически сопрягая плоскость приемной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; после прохождения излучением приемной щелевой диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию во множестве малых участков вдоль приемной щелевой диафрагмы, получая фотоэлектрические сигналы в процессе сканирования исследуемого микрообъекта в плоскости исследования, в направлении, перпендикулярном длинной стороне проекции щелевых диафрагм на плоскость исследования; регистрируют координаты перемещения исследуемого микрообъекта в каждый момент времени сканирования; фотоэлектрические сигналы согласуют с координатами перемещения микрообъекта и направляют на отображающее устройство, на котором получают изображение исследуемого микрообъекта, согласно изобретению как в процессе фокусировки излучения на плоскость исследования, так и в процессе фокусировки излучения на приемной щелевой диафрагме обеспечивают изменение размеров дифракционного максимума изображения каждой точки в плоскости фокусировки, сужая его в одном направлении по отношению к другим направлениям; производят дополнительное сканирование исследуемого микрообъекта в нескольких различных направлениях, одновременно регистрируя координаты перемещения исследуемого микрообъекта и фотоэлектрические сигналы, причем ориентацию направления сужения дифракционного максимума и щелевых диафрагм оставляют неизменной относительно направления сканирования; а также производят совместную электронную обработку фотоэлектрических сигналов, зарегистрированных в первичном и дополнительных направлениях сканирования, и соответствующих им координат перемещения исследуемого микрообъекта.

Технический результат изобретения заключается в повышении детализации формируемого изображения прозрачных и частично прозрачных микрообъектов при относительно высоких производительности и энергетической эффективности.

Целесообразно в предложенном способе исследуемый микрообъект дополнительно перемещать в направлении, перпендикулярном плоскости исследования, получая послойное изображение исследуемого микрообъекта в нескольких различных сечениях.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения трехмерного изображения с повышенной детализацией (разрешением) как для прозрачных, так и для частично прозрачных микрообъектов.

Целесообразно в предложенном способе регистрацию фотоэлектрических сигналов при каждом новом положении исследуемого микрообъекта в процессе сканирования осуществлять, по меньшей мере, дважды, каждый раз направляя излучение от осветительной щели до приемной щели другим оптическим путем, причем необходимо, чтобы каждый из этих оптических путей пересекался с другими оптическими путями только в плоскости осветительной щели, в плоскости исследования и в плоскости приемной щели.

Технический результат изобретения заключается в повышении контраста формируемого изображения микрообъектов и в повышении разрешения в продольном направлении (по глубине микрообъекта).

Сущность другого варианта предложенного способа заключается в том, что в известном способе формирования изображения микрообъекта, при котором оптическое излучение через осветительную щелевую диафрагму направляют на исследуемый микрообъект, фокусируют излучение в выбранной плоскости исследования в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; направляют излучение, отраженное или излученное исследуемым микрообъектом, на приемную щелевую диафрагму, оптически сопрягая плоскость приемной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования; после прохождения излучением приемной щелевой диафрагмы осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию во множестве малых участков вдоль приемной щелевой диафрагмы, получая фотоэлектрические сигналы в процессе сканирования исследуемого микрообъекта в плоскости исследования, в направлении, перпендикулярном длинной стороне проекции щелевых диафрагм на плоскость исследования; регистрируют координаты перемещения исследуемого микрообъекта в каждый момент времени сканирования; фотоэлектрические сигналы согласуют с координатами перемещения микрообъекта и направляют на отображающее устройство, на котором получают изображение исследуемого микрообъекта, согласно изобретению как в процессе фокусировки излучения на плоскость исследования, так и в процессе фокусировки излучения на приемной щелевой диафрагме обеспечивают изменение размеров дифракционного максимума изображения каждой точки в плоскости фокусировки, сужая его в одном направлении по отношению к другим направлениям; производят дополнительное сканирование исследуемого микрообъекта в нескольких различных направлениях, одновременно регистрируя координаты перемещения исследуемого микрообъекта и фотоэлектрические сигналы, причем ориентацию направления сужения дифракционного максимума и щелевых диафрагм оставляют неизменной относительно направления сканирования; а также производят совместную электронную обработку фотоэлектрических сигналов, зарегистрированных в первичном и дополнительных направлениях сканирования, и соответствующих им координат перемещения исследуемого микрообъекта.

Технический результат изобретения заключается в повышении детализации формируемого изображения непрозрачных и частично прозрачных микрообъектов при относительно высоких производительности и энергетической эффективности.

В предложенном варианте способа целесообразно дополнительно перемещать исследуемый микрообъект в направлении, перпендикулярном плоскости исследования, получая послойное изображение исследуемого микрообъекта в нескольких различных сечениях.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения трехмерного изображения с повышенной детализацией (разрешением) как для частично прозрачных, так и для непрозрачных микрообъектов.

Целесообразно в предложенном варианте способа регистрацию фотоэлектрических сигналов при каждом новом положении исследуемого микрообъекта в процессе сканирования осуществлять, по меньшей мере, дважды, каждый раз направляя излучение от осветительной щели до приемной щели другим оптическим путем, причем необходимо, чтобы каждый из этих оптических путей пересекался с другими оптическими путями только в плоскости осветительной щели, в плоскости исследования и в плоскости приемной щели.

Технический результат изобретения заключается в повышении контраста формируемого изображения микрообъектов и в повышении разрешения в продольном направлении (по глубине микрообъекта).

Указанная задача изобретения решается также тем, что в устройстве, включающем последовательно расположенные источник света с конденсором, осветительную щелевую диафрагму, идентичные осветительный и приемный объективы сопряжения, приемную щелевую диафрагму и многоэлементный фотоприемник, плоскость чувствительной площадки которого совмещена с плоскостью приемной щелевой диафрагмы, причем объективы сопряжения расположены симметрично относительно плоскости исследования так, что плоскость осветительной щелевой диафрагмы, плоскость исследования, плоскость приемной щелевой диафрагмы и многоэлементного фотоприемника являются взаимно оптически сопряженными, центры осветительной, приемной щелевых диафрагм, фотоприемника и оптические оси объективов сопряжения находятся на одной оси, а длинные стороны щелевых диафрагм и фотоприемника ориентированы в одном направлении; сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта; устройство регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта; отображающее устройство, согласно изобретению дополнительно установлены две одинаковые аподизационные диафрагмы, которые размещены в плоскости апертурной диафрагмы каждого из объективов сопряжения либо в одной из плоскостей, оптически сопряженных с плоскостью апертурной диафрагмы, причем указанные аподизационные диафрагмы выполнены лишенными круговой симметрии, но симметричными относительно оси, расположенной в плоскости диафрагмы и пересекающей оптическую ось объективов сопряжения; при этом осветительная щелевая диафрагма, приемная щелевая диафрагма, аподизационные диафрагмы и многоэлементный фотоприемник имеют возможность поворота вокруг оптической оси устройства.

Технический результат изобретения заключается в том, что такое устройство позволяет реализовать предложенный способ повышения детализации формируемого изображения для прозрачных микрообъектов при относительной простоте технической реализации дополнительных компонентов устройства.

Целесообразно, чтобы в предложенном варианте устройства конденсор содержал, по меньшей мере, один цилиндрический компонент, который имеет возможность поворота вокруг оптической оси устройства.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении потерь энергии излучения при освещении щелевой диафрагмы, при этом обеспечивается возможность эффективного освещения щелевой диафрагмы при ее повороте.

Целесообразно, чтобы в предложенном варианте устройства плоскость приемной щелевой диафрагмы была совмещена с плоскостью чувствительной площадки многоэлементного приемника оптически, для чего между приемной щелевой диафрагмой и многоэлементным фотоприемником должна быть установлена дополнительная оптическая система сопряжения.

Технический результат изобретения состоит в расширении номенклатуры применяемых фотоприемников, обеспечивая возможность применения высокочувствительных многоэлементных фотоприемников с большими размерами чувствительных элементов без снижения разрешающей способности.

В предложенном устройстве сканирующая платформа может иметь, по меньшей мере, три степени свободы, обеспечивая возможность перемещения исследуемого микрообъекта по двум координатам в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, и по третьей координате вдоль оптической оси.

Техническим результатом изобретения является обеспечение технической реализации предложенного метода получения трехмерного изображения с повышенной детализацией (разрешением).

Целесообразно, чтобы в предложенном варианте устройства сканирующая платформа имела возможность поворота вокруг оптической оси устройства и перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси.

Технический результат изобретения состоит в минимизации подвижных элементов аппаратуры, что повышает точность сканирования, а значит, и разрешающую способность устройства.

Целесообразно, чтобы каждая аподизационная диафрагма была выполнена в виде секторного растра из четырех секторов, причем два из указанных секторов прозрачны, а два непрозрачны, и прозрачные и непрозрачные секторы чередуются.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности действия аподизационной диафрагмы, что выражается в значительном сужении дифракционного максимума изображения каждой точки в направлении сканирования, улучшая детализацию получаемого изображения при относительно малых потерях энергии на диафрагме.

Каждая аподизационная диафрагма в устройстве может быть выполнена в виде секторного растра из двух секторов, причем один из указанных секторов прозрачен, а другой непрозрачен.

Технический результат изобретения состоит в возможности реализации способа повышения детализации формируемого трехмерного изображения прозрачного микрообъекта в продольном направлении (по глубине микрообъекта), а также в повышении контраста в формируемом изображении выбранной плоскости исследования микрообъекта.

Другой вариант предлагаемого решения задачи изобретения состоит в том, что в известном устройстве, включающем последовательно расположенные источник света с конденсором, осветительную щелевую диафрагму, светоделитель, объектив сопряжения, приемную щелевую диафрагму, расположенную за светоделителем, и многоэлементный фотоприемник, плоскость чувствительной площадки которого совмещена с плоскостью приемной щелевой диафрагмы, причем объектив сопряжения и светоделитель расположены так, что плоскость осветительной диафрагмы, плоскость исследования, плоскость приемной диафрагмы и многоэлементного фотоприемника являются взаимно оптически сопряженными, центры осветительной, приемной щелевых диафрагм и фотоприемника расположены на оптической оси объектива сопряжения, а длинные стороны щелевых диафрагм и фотоприемника ориентированы в одном направлении; сканирующую платформу для перемещения исследуемого микрообъекта; устройство регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта; отображающее устройство, согласно изобретению дополнительно установлена аподизационная диафрагма, которая размещена в плоскости апертурной диафрагмы объектива сопряжения либо в одной из плоскостей, оптически сопряженных с плоскостью апертурной диафрагмы, причем указанная аподизационная диафрагма выполнена лишенной круговой симметрии, но симметричной относительно оси, расположенной в плоскости диафрагмы и пересекающей оптическую ось объектива сопряжения; при этом осветительная щелевая диафрагма, приемная щелевая диафрагма, аподизационные диафрагмы и многоэлементный фотоприемник имеют возможность поворота вокруг оптической оси устройства.

Технический результат изобретения заключается в том, что такое устройство позволяет реализовать предложенный способ повышения детализации формируемого изображения для непрозрачных и частично прозрачных микрообъектов при относительной простоте технической реализации дополнительных компонентов устройства.

Целесообразно, чтобы в предложенном варианте устройства конденсор содержал, по меньшей мере, один цилиндрический компонент, который имеет возможность поворота вокруг оптической оси устройства.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении потерь энергии излучения при освещении щелевой диафрагмы, при этом обеспечивается возможность эффективного освещения щелевой диафрагмы при ее повороте.

Целесообразно, чтобы в предложенном варианте устройства плоскость приемной щелевой диафрагмы была совмещена с плоскостью чувствительной площадки многоэлементного приемника оптически, для чего между приемной щелевой диафрагмой и многоэлементным фотоприемником должна быть установлена дополнительная оптическая система сопряжения.

Технический результат изобретения состоит в расширении номенклатуры применяемых фотоприемников, обеспечивая возможность применения высокочувствительных многоэлементных фотоприемников с большими размерами чувствительных элементов без снижения разрешающей способности.

В предложенном устройстве сканирующая платформа может иметь, по меньшей мере, три степени свободы, обеспечивая возможность перемещения исследуемого микрообъекта по двум координатам в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, и по третьей координате вдоль оптической оси.

Техническим результатом изобретения является обеспечение технической реализации предложенного метода получения трехмерного изображения с повышенной детализацией (разрешением).

Целесообразно, чтобы сканирующая платформа имела возможность поворота вокруг оптической оси устройства и перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси.

Технический результат изобретения состоит в минимизации подвижных элементов аппаратуры, что повышает точность сканирования, а значит, и разрешающую способность устройства.

Целесообразно, чтобы каждая аподизационная диафрагма была выполнена в виде секторного растра из четырех секторов, причем два из указанных секторов прозрачны, а два непрозрачны, и прозрачные и непрозрачные секторы чередуются.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности действия аподизационной диафрагмы, что выражается в значительном сужении дифракционного максимума изображения каждой точки в направлении сканирования, улучшая детализацию получаемого изображения, при относительно малых потерях энергии на диафрагме.

Каждая аподизационная диафрагма в устройстве может быть выполнена в виде секторного растра из двух секторов, причем один из указанных секторов прозрачен, а другой непрозрачен.

Технический результат изобретения состоит в возможности реализации способа повышения детализации формируемого трехмерного изображения прозрачного микрообъекта в продольном направлении (по глубине микрообъекта), а также в повышении контраста в формируемом изображении выбранной плоскости исследования микрообъекта.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует вариант осуществления предложенного способа формирования изображения прозрачных и частично прозрачных микрообъектов и изображает схему соответствующего варианта устройства (микроскопа) согласно изобретению.

Фиг.2 иллюстрирует вариант осуществления предложенного способа формирования изображения непрозрачных и частично прозрачных микрообъектов и изображает схему соответствующего варианта устройства (микроскопа) согласно изобретению.

Фиг.3 изображает возможный вариант выполнения аподизационной диафрагмы.

Фиг.4 изображает фрагмент схемы возможного варианта устройства, обеспечивающий оптическое совмещение плоскости приемной диафрагмы и плоскости чувствительной площадки фотоприемника.

Осуществление изобретения

Пример осуществления предложенного способа формирования изображения микрообъекта поясняет фиг.1. Оптическое излучение от источника 1, в качестве которого может использоваться лампа накаливания, газоразрядная лампа, светодиод, лазер, при помощи конденсора 2 направляют через осветительную щелевую диафрагму 3 на исследуемый микрообъект 4, который, как правило, является прозрачным или частично прозрачным для используемого излучения. При этом излучение фокусируют в выбранной плоскости исследования 5 в области исследуемого микрообъекта, оптически сопрягая плоскость осветительной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования при помощи осветительного объектива сопряжения 6. Далее излучение, прошедшее через исследуемый микрообъект, фокусируют на приемной щелевой диафрагме 7, оптически сопрягая плоскость приемной щелевой диафрагмы с плоскостью исследования при помощи приемного объектива сопряжения 8, идентичного объективу 6 и установленному так, что объективы 6 и 8 располагаются симметрично относительно плоскости исследования так, что плоскость осветительной щелевой диафрагмы 2, плоскость исследования 5 и плоскость приемной щелевой диафрагмы 7 являются взаимно оптически сопряженными. После прохождения излучением приемной щелевой диафрагмы 7 осуществляют его фотоэлектрическую регистрацию во множестве малых участков вдоль приемной щелевой диафрагмы, для чего используют многоэлементный фотоприемник 9 плоскость чувствительной площадки которого совмещена с плоскостью приемной щелевой диафрагмы 7. В качестве фотоприемника может быть использована матрица или линейка фотодетекторов, ориентированная вдоль диафрагмы 7. Центры осветительной, приемной щелевых диафрагм, фотоприемника и оптические оси объективов сопряжения находятся на одной оси (ось Z на фиг.1), а длинные стороны щелевых диафрагм 3, 7 и фотоприемника 9 ориентированы в одном направлении. Фотоэлектрические сигналы с многоэлементного фотоприемника 9 получают в процессе сканирования исследуемого микрообъекта в плоскости исследования, в направлении, перпендикулярном длинной стороне проекции щелевых диафрагм на плоскость исследования. Для сканирования исследуемого микрообъекта используют прецизионную сканирующую платформу 10, при помощи которой исследуемый микрообъект 4, жестко связанный с платформой 10, с высокой точностью перемещают в плоскости XY, перпендикулярной оси системы Z, которая одновременно является оптической осью. Координаты перемещения исследуемого микрообъекта регистрируют в заданные моменты времени сканирования синхронно с регистрацией фотоэлектрических сигналов. Для решения этой задачи предназначено устройство 11 регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта, которое включает, в том числе, цифровые датчики координат перемещения сканирующей платформы 10 и аналого-цифровые преобразователи сигналов многоэлементного фотоприемника 9. При помощи устройства 11 регистрации и обработки сигналов фотоприемника и координат перемещения микрообъекта фотоэлектрические сигналы согласуют с координатами перемещения микрообъекта и направляют на отображающее устройство 12. Такое согласование может быть осуществлено при помощи вычислительного модуля, включенного в состав устройства 11. В качестве отображающего устройства может быть использован видеомонитор с цифровым входом, на экране которого отображается пространственное распределение поля яркости исследуемого микрообъекта 4 в выбранной плоскости исследования (изображение микрообъекта). Основной технический результат предложенного изобретения (повышение разрешения в формируемом изображении) обеспечивается тем, что как в процессе фокусировки излучения на плоскость исследования, так и в процессе фокусировки излучения на приемной щелевой диафрагме обеспечивают изменение размеров дифракционного максимума изображения каждой точки в плоскости фокусировки, сужая его в одном направлении по отношению к другим направлениям. Изменение размеров дифракционного максимума изображения точки достигается тем, что в плоскости апертурной диафрагмы каждого из объективов сопряжения 6, 8 либо в одной из плоскостей, оптически сопряженных с плоскостью апертурной диафрагмы (входной и выходной зрачки объектива), установлены две одинаковые аподизационные диафрагмы 13 и 14, причем указанные аподизационные диафрагмы выполнены лишенными круговой симметрии, но симметричными относительно оси, расположенной в плоскости диафрагмы и пересекающей оптическую ось объективов сопряжения. Для реализации возможности повышения детализации формируемого изображения (улучшения разрешения) ширину щели щелевых диафрагм 3 и 7 обеспечивают не более полученного размера дифракционного максимума изображения точки в соответствующей плоскости. Поскольку сужение дифракционного максимума, а значит, и улучшение разрешения, достигается только по одной координате, определяемой ориентацией аподизационных диафрагм, производят дополнительное сканирование исследуемого микрообъекта 4 в нескольких различных направлениях в плоскости XY, одновременно регистрируя координаты перемещения исследуемого микрообъекта и фотоэлектрические сигналы, причем ориентацию направления сужения дифракционного максимума и щелевых диафрагм оставляют неизменной относительно направления сканирования. Для выполнения этого условия осветительная щелевая диафрагма 3, приемная щелевая диафрагма 7, аподизационные диафрагмы 13 и 14 и многоэлементный фотоприемник 9 имеют возможность поворота вокруг оптической оси устройства. Причем при очередном изменении направления сканирования осветительную щелевую диафрагму 3, приемную щелевую диафрагму 7, аподизационные диафрагмы 13 и 14 и многоэлементный фотоприемник 9 поворачивают на тот же угол, на который повернулся вектор скорости сканирования по отношению к предыдущему направлению. Для обеспечения точности согласованного поворота всех указанных элементов (3, 7, 13, 14, 9) они могут быть жестко механически связанны между собой. По завершении сканирования исследуемого микрообъекта в каждом из выбранных направлений производят совместную электронную обработку фотоэлектрических сигналов, зарегистрированных в первичном и дополнительных направлениях сканирования, и соответствующих им координат перемещения исследуемого микрообъекта. Поскольку регистрацию сигналов и координат осуществляют последовательно, то для совместной обработки после перевода в цифровую форму они должны быть сохранены в блоке памяти устройства 11. Совместная обработка в простейшем случае может заключаться в суммировании фотоэлектрических сигналов, полученных при разных направлениях сканирования для точек объекта, имеющих одни и те же координаты.

Поясним подробнее основной смысл предлагаемого технического решения. Распределение энергии в изображении точечного объекта - функция рассеяния точки оптической системы - определяется как квадрат модуля обратного Фурье-преобразования комплексной функции зрачка. Комплексная функция зрачка ℜ(ρ, θ) в полярных координатах (ρ, θ) на зрачке, в свою очередь, определяется формулой:

ℜ(ρ, θ)=P(ρ, θ)exp[i2πW(ρ, θ)],

где P(ρ, θ) - функция пропускания зрачка; W(ρ, θ) - функция волновых аберраций оптической системы.

Таким образом, изменяя функцию пропускания зрачка, можно влиять на распределение энергии в изображении точки, в том числе и сужать размер центрального дифракционного максимума. В известном способе уменьшения размера дифракционного максимума оптической системы (патент США №7471435 В2, опубликован 30.12.2008), обеспечивающем увеличение разрешающей способности, применяются круговые аподизационные диафрагмы, реализующие функцию пропускания зрачка, которая в общем виде может быть представлена