Инженеры из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech) разработали новый, относительно простой метод, превращающий обычный оптический микроскоп в высококачественную систему микросъемки, имеющую разрешающую способность минимум в миллиард пикселов. Используя этот метод, реализация которого обходится в сумму порядка 200 долларов, исследователи сумели улучшить разрешающую способность обычной линзы объектива микроскопа до уровня линзы, диаметр которой больше ее диаметра в 20 раз.

Физические ограничения оптических микроскопов происходят не только из-за ограничений, связанных с длиной волны света видимого диапазона, с явлениями оптической дифракции и интерференции. Весьма большую роль в этом играет качество изготовления линз объективов микроскопов, которые, как бы ни старались их производители, всегда имеют отклонения от идеальной формы, что приводит к появлению оптических искажений.

"Для решения проблемы, связанной с разрешающей способностью оптических микроскопов, мы использовали специальное техническое решение и вычислительные алгоритмы, которые позволили нам преодолеть ограничения оптики объективов микроскопов. Благодаря нашему новому методу становится совершенно не важным качество изготовления линз и сложность оптической системы, поскольку мы можем увеличить разрешающую способность и исправить искажения исключительно математическими методами" - пишут ученые.



"Еще одним преимуществом нашего метода является то, что его можно использовать с любым имеющимся, даже самым простым и низкокачественным, микроскопом. Для этого достаточно только разместить под его рабочей плоскостью специальную светодиодную матрицу. Все остальное сделают фотосенсор цифровой камеры и компьютер".

Как можно понять из вышесказанного, ключевым моментом нового метода является матрица из светодиодов, которая устанавливается под микроскопом. Каждый из светодиодов включается по очереди, освещая исследуемый объект под различным углом, а система в это время делает один снимок с достаточно низким разрешением.

Конечное изображение, которое содержит в сотни раз больше информации, чем изображение низкого разрешения, формируется из 150 снимков, сделанных под различными углами освещения, с помощью нового вычислительного метода, называемого алгоритмом FPM (Fourier ptychographic microscopy). Этот алгоритм позволяет "сшить" воедино множество низкокачественных изображений в одно высококачественное изображение, полностью компенсируя при этом искажения оптической системы.

"Мы надеемся, что наше изобретение принесет науке огромную пользу, особенно в научных организациях стран, которые не могут себе позволить приобретение высококачественного оборудования. Оптический микроскоп и не очень мощный компьютер наверняка найдутся в любой лаборатории, а матрицу из светодиодов достаточно просто изготовить даже в кустарных условиях".