專利名稱：Grin透鏡顯微鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及微型顯微鏡系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及GRIN(“漸變折射 率(graded index) ”)透鏡顯微鏡系統(tǒng)，其允許在視頻顯微鏡系統(tǒng)中放大物體而沒有現(xiàn)有視 頻顯微鏡系統(tǒng)的大且笨重的缺陷。
背景技術(shù)：
用于研究和醫(yī)學(xué)問題診斷的重要工具為光學(xué)顯微鏡。常規(guī)光學(xué)顯微鏡包括物鏡和 成像透鏡。典型的顯微鏡包括是復(fù)合透鏡或透鏡系統(tǒng)的物鏡和成像透鏡。物鏡和成像透鏡 都有助于圖像放大。物鏡形成被檢物體的第一放大圖像。第一圖像成為產(chǎn)生進一步放大的 最終圖像的成像透鏡的物體?？偡糯舐蕿橛晌镧R和成像透鏡產(chǎn)生的單獨的放大率的乘積。 利用這兩個透鏡來減小光學(xué)像差，特別地，色像差和球面像差。色像差是不同的顏色聚焦在 離透鏡不同距離處的現(xiàn)象(這產(chǎn)生了軟的總圖像)以及在高對比度邊緣處的彩色邊紋現(xiàn)象 (如黑色與白色之間的邊緣)。使用光學(xué)顯微鏡檢查大型動物的內(nèi)部組織典型地需要從動 物去除該組織。該去除有助于定位顯微鏡物鏡以觀察該組織。為了通過光學(xué)顯微鏡記錄或拍攝圖像，數(shù)碼相機在光學(xué)上和機械上都適于顯微 鏡。適配器連接相機和顯微鏡。牢固的機械連接是特別重要的，這是因為即使相機的最小的 移動(振動)也會極大地降低圖像質(zhì)量。此外，必須光學(xué)上適應(yīng)光路，以便將完全被點亮、 聚焦的圖像投射到相機傳感器(CCD/CMOS)。存在幾種用于將數(shù)碼相機附接到顯微鏡的方 法。一種解決方案為使用光電管。通過使用適配器，將數(shù)碼相機牢固地旋固到光電管。兩個 目鏡被連續(xù)用于目視觀察樣本。不幸地，幾乎所有裝配有光電管的顯微鏡都是非常昂貴的。 另一選擇是直接設(shè)置數(shù)碼相機而沒有任何適配，直接設(shè)置到目鏡并用不顫抖的手來捕獲圖 像。然而，由于缺乏光學(xué)適配，該方法在大多數(shù)情況下僅僅產(chǎn)生較小的暈映圖像(vignetted image)，其中圖像的邊緣比中心暗。該效應(yīng)導(dǎo)致僅僅一小部分的傳感器被最優(yōu)地使用；而 剩余部分保持黑暗。更專業(yè)但更昂貴的解決方案為使用管適配器(tubeadapter)。通過該 方法，目鏡被去除，并利用數(shù)碼相機將適配器安裝到光電管中。該適配器用作顯微鏡和數(shù) 碼相機之間的機械和光學(xué)接口。這使得可以避免由相機抖動造成的運動模糊和漸暈效應(yīng) (vignettation effect)，導(dǎo)致了更高質(zhì)量的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)認(rèn)識到，開發(fā)這樣一種便攜耐用、簡單易用的微型顯微鏡將是有利的，該微型 顯微鏡適合用作自包含的(self-containd)便攜式視頻系統(tǒng)，該視頻系統(tǒng)可被用于體內(nèi)檢 查、照相和視頻記錄組織。
本發(fā)明提供一種用于放大物體的裝置，所述裝置包括這樣的SSID，該SSID具有設(shè) 置在其遠端上的至少一個成像陣列。所述裝置還包括設(shè)置在所述SSID的遠端上的第一光 學(xué)元件，其中所述第一光學(xué)元件具有限定了第一縱向長度的遠端和近端。GRIN透鏡被設(shè)置 在所述第一光學(xué)元件的遠端上，并且第二光學(xué)元件被設(shè)置在所述GRIN透鏡的遠端上并限 定了第二縱向長度。所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光 觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn) 在所述第一光學(xué)元件的近端處。在本發(fā)明的一個實施例中，⑴所述第一光學(xué)元件、(ii)所述GRIN透鏡以及(iii) 至少部分所述第二光學(xué)元件的外表面被涂覆有不透明材料。此外，可以在所述第一和第二 光學(xué)元件以及所述GRIN透鏡的外部設(shè)置光源，所述光源能夠傳播預(yù)定波長的光。在本發(fā)明的另一實施例中，在所述第二光學(xué)元件的遠端上設(shè)置光準(zhǔn)直器件。在又 一實施例中，在諸如環(huán)形棱鏡的所述第二光學(xué)元件的遠端上設(shè)置光反射器件。在本發(fā)明的另一實施例中，所述裝置還包括這樣的SSID，該SSID具有設(shè)置在其上 的多個成像陣列，其中每一個成像陣列均具有設(shè)置在其上的圖像放大系統(tǒng)。所述圖像放大 系統(tǒng)包括設(shè)置在所述成像陣列的遠端上的第一光學(xué)元件，并具有限定了第一縱向長度的遠 端和近端。所述圖像放大系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述第一光學(xué)元件的遠端上的GRIN透鏡和設(shè) 置在所述GRIN透鏡的遠端上的第二光學(xué)元件，所述第二光學(xué)元件限定了第二縱向長度。所 述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述 物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的 近端處。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一光學(xué)元件和/或所述第二光學(xué)元件包括透明 圓柱體。在一個方面，所述第一和/或第二光學(xué)元件可包括實心的基于硅石(silica)的材 料。在又一方面，所述第一光學(xué)元件/或所述第二光學(xué)元件包括具有小于1. 1的折射率的 流體填充的圓柱體。在發(fā)明的另一實施例中，提供了一種SSID顯微鏡，包括SSID以及設(shè)置在所述SSID 的遠端上的具有遠端和近端的縱向可調(diào)節(jié)的第一光學(xué)元件，所述SSID具有設(shè)置在其上的 至少一個成像陣列。所述顯微鏡還包括GRIN透鏡，該GRIN透鏡設(shè)置在所述第一光學(xué)元件 的遠端上并具有由固定的縱向長度限定的遠端和近端；以及縱向可調(diào)節(jié)的第二光學(xué)元件， 其設(shè)置在所述GRIN透鏡的遠端上。所述第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的 縱向長度的比率被保持為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的 放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一和/或第二光學(xué)元件包括可調(diào)節(jié)的體積的空 氣。在一個方面，所述第一和/或第二光學(xué)元件的外周由圓柱形構(gòu)件限定。本發(fā)明還提供一種放大物體的方法，包括以下步驟(i)提供具有SSID以及第一 和第二光學(xué)元件的裝置，其中GRIN透鏡被設(shè)置在所述第一與第二光學(xué)元件之間，其中所述 第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的縱向長度的比率被保持為，當(dāng)以預(yù)定波長 的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面 對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處；( )定向所述裝置，以便所述物體被設(shè)置為鄰近所述 第二光學(xué)元件的遠端；(iii)將預(yù)定波長的光傳播到所述物體的表面上；以及(iv)接收傳播到所述SSID上的部分光。在本發(fā)明的又一實施例中，公開了一種放大物體的方法，包括以下步驟(i)提供 具有SSID以及第一和第二光學(xué)元件的裝置，其中GRIN透鏡被設(shè)置在所述第一與第二光學(xué) 元件之間，其中所述第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的縱向長度的比率被保 持為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被 放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處；( )定向所述裝置，以便所述物 體被設(shè)置為鄰近所述第二光學(xué)元件的遠端；(iii)將預(yù)定波長的光傳播到所述物體的表面 中；以及(iv)接收傳播到所述SSID上的部分光。在本發(fā)明的另一實施例中，所述放大物體的方法還包括以下步驟響應(yīng)于被所述 SSID接收的光而產(chǎn)生信號并將所述信號傳送到信號處理器和圖像顯示器。在本發(fā)明的又一實施例中，所述放大物體的方法還包括以下步驟調(diào)節(jié)所述第一 和第二光學(xué)元件的縱向長度以調(diào)節(jié)所述物體的放大率。在本發(fā)明的另一實施例中，所述放 大物體的方法還包括以下步驟將所述第二光學(xué)元件的遠端設(shè)置為直接在將被放大的所述 物體上。在本發(fā)明的一個實施例中，所述放大物體的方法還包括以下步驟調(diào)節(jié)所述第一 和第二光學(xué)元件的所述縱向長度且改變傳播到所述物體中或所述物體上的光的波長。在本發(fā)明的附加實施例中，公開了一種用于放大物體的裝置，包括SSID，該SSID 具有設(shè)置其遠端上的至少一個成像陣列。第一光學(xué)元件被設(shè)置在所述SSID的遠端上，所述 第一光學(xué)元件具有限定了第一縱向長度的遠端和近端。第二光學(xué)裝置被設(shè)置在所述第一光 學(xué)裝置的遠端上，并限定了第二縱向長度。所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置 為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大 的物體的焦平面對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件的近端處。在本發(fā)明的一個方面中，所述第一光學(xué)元 件為GRIN透鏡。


通過以下結(jié)合附圖給出的詳細的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將顯而易見，其 中附圖以實例的形式一起示例了本發(fā)明的特征；并且，在附圖中圖Ia為根據(jù)本發(fā)明的實施例的SSID顯微鏡的側(cè)視圖；圖Ib為圖1的SSID顯微鏡的透視圖；圖2為圖1的SSID顯微鏡的側(cè)視圖，示例了在顯微鏡內(nèi)光傳輸?shù)囊粋€實例；圖3a為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的SSID顯微鏡的側(cè)視圖；圖3b為圖3a的SSID顯微鏡的透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的環(huán)形棱鏡的透視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的SSID顯微鏡的側(cè)視圖；圖6為圖5的SSID顯微鏡的透視圖；以及圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的SSID顯微鏡的側(cè)視圖。現(xiàn)在將參考示例的示例性實施例，并且這里使用特定的語言來描述相同的部分。 然而，應(yīng)該理解，不旨在本發(fā)明的范圍受到限制。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考所示例的示例性實施例，并且在此使用特定的語言來描述所述示例性 實施例。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍不由此受到限制。這里所示例的本發(fā)明特征的變化 和進一步的修改、以及這里所示例的對本發(fā)明原理的附加應(yīng)用(其對于相關(guān)領(lǐng)域的且擁有 該公開的技術(shù)人員而言容易想到)被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。必須注意，除非上下文另有明確說明，否則在該說明書和所附的權(quán)利要求中使用 的單數(shù)形式的“一”、“一個”和“該”均包括多個所指對象。示例性實施例中的“SSID”、“固態(tài)成像器件”或“SSID芯片”通常包括用于收集圖 像數(shù)據(jù)的成像陣列或像素陣列。在一個實施例中，SSID可包括其中典型地制造有特征的硅 或類硅襯底或非晶硅薄膜晶體管(TFT)。特征可以包括成像陣列、導(dǎo)電襯墊、金屬跡線、電路 等等。還可以存在用于希望的應(yīng)用的其他集成電路部件。然而，只要存在收集可視數(shù)據(jù)或 光子數(shù)據(jù)的裝置和發(fā)送該數(shù)據(jù)以提供可視圖像或圖像再現(xiàn)的裝置，便不需要所有這些特征 都存在。術(shù)語“管纜(umbilical) ”可包括作為整體使SSID或微相機工作的設(shè)施(utility) 的集合。典型地，管纜包括導(dǎo)電線路，例如，電線或其他導(dǎo)體，用于為SSID提供電力、接地、 時鐘信號以及輸出信號，但并不是都嚴(yán)格地需要所有這些。例如，可以通過另一裝置而不是 通過電線來提供對諸如微加工管道的相機機殼的接地，等等。管纜還可包括其他設(shè)施，例如 光源、溫度傳感器、力傳感器、流體沖洗或抽吸構(gòu)件、壓力傳感器、光纖光學(xué)元件、輻射發(fā)生 器件以及激光二極管等等。"GRIN透鏡”或“漸變折射率透鏡”是指這樣的特殊化透鏡，其折射率從中心光學(xué) 軸到透鏡的外徑放射狀變化。在一個實施例中，這樣的透鏡可以被配置為圓柱形，其光學(xué)軸 從第一平端(flat end)延伸到第二平端。由此，因為從光學(xué)軸沿半徑方向的不同折射率， 該形狀的透鏡可以模擬更常規(guī)形狀的透鏡的效果。牢記這些定義，現(xiàn)在將參考通過實例示例本發(fā)明的實施例的附圖。美國專利申請No. 10/391490公開了使用微型成像系統(tǒng)用于醫(yī)學(xué)成像，通過引入 將其全部內(nèi)容并入到這里。有時，希望放大通過微型成像系統(tǒng)觀察的圖像。如圖Ia和Ib 所示，本發(fā)明提供了用于放大物體的通常由10表示的微型裝置。該裝置包括SSID 15和設(shè) 置在SSID 15的遠端16上的第一光學(xué)元件20，SSID 15具有設(shè)置在其遠端16上的至少一 個成像陣列。第一光學(xué)元件20具有限定了第一縱向長度的遠端21和近端22。GRIN透鏡 25被設(shè)置在第一光學(xué)元件20的遠端21上，而第二光學(xué)元件30被設(shè)置在GRIN透鏡25的遠 端26上，限定了第二縱向長度。第一縱向長度和第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的 光觀察物體時，物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在第一 光學(xué)元件20的近端22處。在一個實施例中，用于放大物體的裝置被設(shè)置在導(dǎo)管40的遠端上。SSID 15被可 操作地耦合到管纜45，管纜45可用作向SSID提供能量的電連接并用作數(shù)據(jù)傳輸管道。在 一個實施例中，管纜45被連接到數(shù)據(jù)處理器和顯示裝置(未示出)。在另一實施例中，管纜 45被用于向顯微鏡裝置傳送光。參考圖2，顯微鏡10的物平面被定向在第二光學(xué)元件30的遠端31處，而顯微鏡 10的像平面被定向在第一光學(xué)元件的近端22處。由此，顯微鏡10將在SSID 15上形成與物平面接觸或在物平面中的物體的被放大的圖像。通過下列公式1調(diào)節(jié)顯微鏡10的光放 大率其中M為在物平面中的物體的放大率的量值，I1為第一光學(xué)元件20的縱向常數(shù)， 以及I2為第二光學(xué)元件30的縱向長度。被透鏡折射的不同波長的光聚焦在遠離透鏡的不同的點處。有時將該現(xiàn)象稱為色 像差。因此，傳播通過GRIN透鏡的不同波長的光將具有不同的焦點。圖2示例了一個實 例，其中第一光學(xué)元件與第二光學(xué)元件的縱向長度的比率導(dǎo)致了預(yù)定級別的放大率。將第 一光學(xué)元件20的近端22與GRIN透鏡25的近端27之間的距離(即，上述第一縱向長度) 保持為使預(yù)定波長的光的焦距約等于第一縱向長度。由此，對于預(yù)定波長的光，焦平面近似 位于第一光學(xué)元件20的近端處(即，近似在SSID 15的面上)。例如，對于具有其縱向長 度為三毫米(3mm)的第一光學(xué)元件20和其縱向長度為一毫米(Imm)的第二光學(xué)元件30的 SSID顯微鏡10而言，當(dāng)所設(shè)計的波長的光傳播到或傳播通過物體并通過顯微鏡10而反射 回時，物體的焦平面自身對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件20的近端22處(換言之，在SSID的面上)。 在該實例中產(chǎn)生的放大率級別是肉眼情況下光放大率的三倍。在一個示例性的實施例中，顯微鏡10具有約六百微米(0. 6mm)的最大直徑。有利 地，顯微鏡的用戶，例如，醫(yī)護人員，可以使顯微鏡進入到部分的人體中并進行對身體組織 的體內(nèi)檢查?，F(xiàn)在參考圖3a和3b，在本發(fā)明的一個實施例中，提供了 SSID顯微鏡，其包括SSID 顯微鏡和設(shè)置在SSID 15的遠端16上的第一光學(xué)元件20，其中SSID 15具有設(shè)置在其遠 端16上的至少一個成像陣列。第一光學(xué)元件20具有限定了第一縱向長度的遠端21和近 端22。GRIN透鏡25被設(shè)置在第一光學(xué)元件20的遠端21上，而第二光學(xué)元件30被設(shè)置 在GRIN透鏡25的遠端26上，限定了第二縱向長度。第一縱向長度和第二縱向長度被配置 為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察物體時，物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的 焦平面對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件20的近端22處。在本發(fā)明的一個方面中，提供了在第一光學(xué)元件20和第二光學(xué)元件30以及GRIN 透鏡25外部的光源。該光源能夠傳播預(yù)定波長的光。外部光源的一個實例為沿顯微鏡10 的縱向長度設(shè)置的光纖光纜35。光纖光纜35被耦合到光源，該光源能夠調(diào)制傳播通過光纜 的光的波長的頻率。如圖3a所示，光纖光纜35向顯微鏡10的遠端11傳遞特定波長的光 束。在本發(fā)明的一個方面中，來自光纖光纜35的光反射離開與第二光學(xué)元件30的遠端31 接觸的物體的表面并傳輸通過顯微鏡而到達SSID 15的表面上。在另一方面中，例如，來自 光纖光纜35的近紅外光被傳播到物體上，反射離開物體的表面下(subsurface)的部分并 傳輸通過顯微鏡10。在本發(fā)明的另一方面中，第一光學(xué)元件20、GRIN透鏡25以及至少部分的第二光學(xué) 元件30的外表面被涂覆有不透明的材料。該不透明的材料減少了入射光進入顯微鏡10而 導(dǎo)致的問題。在一個實施例中，在第二光學(xué)元件30的遠端上設(shè)置光準(zhǔn)直器件(collimation device)，例如，拋物面鏡。在另一方面中，該裝置還包括設(shè)置在第二光學(xué)元件30的遠端上的光反射器件。光反射器件的一個實例為圖3b和4所示例的環(huán)形棱鏡50。在本發(fā)明的一個實施例中，第一光學(xué)元件20和/或第二光學(xué)元件30包括透明圓 柱體。透明圓柱體可以包括，例如，實心的(solid)基于硅石的材料。在附加實例中，透明 圓柱體可包括流體填充的圓柱體，其中該流體具有范圍為約1到2的折射率。在本發(fā)明的另一實施例中，第一光學(xué)元件20和第二光學(xué)元件30為縱向可調(diào)節(jié)的。 在一個方面中，第一光學(xué)元件20和第二光學(xué)元件30包括一定體積的空氣。在又一方面中， 第一光學(xué)元件20和第二光學(xué)元件30包括流體。在一個實施例中，該流體具有小于1. 1的 折射率。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以通過將SSID 15移動為更靠近GRIN透鏡25來調(diào) 節(jié)第一光學(xué)元件20。這可通過將SSID 15的一部分設(shè)置在軌道構(gòu)件19(例如，日志式軌道 (journaled track)構(gòu)件)中來實現(xiàn)。軌道構(gòu)件19沿顯微鏡10的縱向長度定向并包括用 于使SSID在軌道構(gòu)件內(nèi)移動的裝置。以相似的方式，可以通過使第二光學(xué)元件30的遠端 31移動為更靠近GRIN透鏡25來調(diào)節(jié)第二光學(xué)元件30。現(xiàn)在參考圖5和6，在本發(fā)明的又一實施例中，顯微鏡50包括SSID 55，SSID 55 具有設(shè)置在其上的多個成像陣列56。每一個成像陣列具有設(shè)置在其上的單個圖像放大系 統(tǒng)。每一個圖像放大系統(tǒng)包括設(shè)置在該成像陣列的遠端上的第一光學(xué)元件60，第一光學(xué)元 件60具有限定了第一縱向長度的遠端61和近端62。圖像放大系統(tǒng)還包括設(shè)置在第一光學(xué) 元件60的遠端61上的GRIN透鏡70。第二光學(xué)元件80被設(shè)置在GRIN透鏡70的遠端上， 限定了第二縱向長度。第一縱向長度和第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察物 體時，物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件 60的近端62處。除了上述實例之外，這里還預(yù)期一種放大物體的方法。現(xiàn)在總體上參考圖la、lb、 2、3a和3b，在一個示例性實施例中，該方法包括提供具有SSID 15以及第一光學(xué)元件20和 第二光學(xué)元件30的裝置，其中在第一光學(xué)元件20和第二光學(xué)元件30之間設(shè)置有GRIN透 鏡25。保持第一光學(xué)元件20的縱向長度與第二光學(xué)元件30的縱向長度的比率，以便當(dāng)以 預(yù)定波長的光觀察物體時，物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面 對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件20的近端22處。該方法還包括定向該裝置，以便希望放大的物體被 設(shè)置為鄰近第二光學(xué)元件30的遠端31。在一個方面中，物體與第二光學(xué)元件30的遠端31 直接接觸。預(yù)定波長的光被傳播到物體的表面上，并且所傳播的光的一部分反射離開該物 體的表面而到達SSID 15上。在附加的實施例中，除了將預(yù)定波長的光傳播到物體的表面上之外或者取代將預(yù) 定波長的光傳播到物體的表面上，該方法包括將預(yù)定波長的光(例如，近紅外)傳播到物體 的一部分中。然后，通過SSID 15接收從物體表面和/或從物體內(nèi)部反射離開的光。該方 法還包括響應(yīng)于通過SSID 15接收的光而產(chǎn)生信號并將所述信號傳送到信號處理器和圖 像顯示裝置(未示出)。在附加的實施例中，該方法還包括調(diào)整第一光學(xué)元件20的縱向長度和第二光學(xué) 元件30的縱向長度以改變物體的放大率。該方法還包括調(diào)整傳播到物體上和/或物體中的 光的波長，以適當(dāng)?shù)貙⒔蛊矫鎸?zhǔn)在SSID 15的面上。有利地，諸如醫(yī)護人員的用戶可以使 顯微鏡10進入到患者的部位中，并對患者的組織進行詳細的體內(nèi)檢查。通過調(diào)整第一光學(xué)元件20的長度和/或第二光學(xué)元件30的長度，醫(yī)護人員可以改變單一物體的放大率。此 外，通過調(diào)整傳播到物體中和/或物體上的光的波長，可以觀察組織的各種特性。在本發(fā)明的附加實施例中，公開了一種放大物體的裝置，其包括SSID80，SSID 80 具有設(shè)置其遠端上的至少一個成像陣列。第一光學(xué)元件85被設(shè)置在SSID的遠端81上，第 一光學(xué)元件85具有限定了第一縱向長度的遠端86和近端87。第二光學(xué)裝置90被設(shè)置在 第一光學(xué)元件85的遠端86上，限定了第二縱向長度。第一縱向長度和第二縱向長度被配 置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察物體時，物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體 的焦平面對準(zhǔn)在第一光學(xué)元件的近端處。在本發(fā)明的一方面中，第一光學(xué)元件85為GRIN 透鏡。在本發(fā)明的又一方面中，第二光學(xué)元件90為GRIN透鏡。雖然上述實例是對本發(fā)明在一個或多個特定應(yīng)用中的原理的示例，但對于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員而言很明顯，在不運用創(chuàng)造性能力和不背離本發(fā)明的原理和構(gòu)思的情況 下，可以在形式、使用以及實施細節(jié)上做出各種修改。因此，本發(fā)明旨在僅僅受以下闡述的 權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
一種用于放大物體的裝置，包括SSID，其具有設(shè)置在其遠端上的至少一個成像陣列；第一光學(xué)元件，其設(shè)置在所述SSID的遠端上，所述第一光學(xué)元件具有限定了第一縱向長度的遠端和近端；GRIN透鏡，其設(shè)置在所述第一光學(xué)元件的遠端上并具有遠端和近端；以及第二光學(xué)元件，其設(shè)置在所述GRIN透鏡的遠端上并限定了第二縱向長度；其中所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中(i)所述第一光學(xué)元件、(ii)所述GRIN透鏡以及(iii) 至少部分所述第二光學(xué)元件的外表面被涂覆有不透明材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括在所述第一和第二光學(xué)元件以及所述GRIN透鏡外部 的光源，所述光源能夠傳播預(yù)定波長的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括設(shè)置在所述第二光學(xué)元件的遠端上的光準(zhǔn)直器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括設(shè)置在所述第二光學(xué)元件的遠端上的光反射器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述光反射器件為環(huán)形棱鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括這樣的SSID，該SSID具有設(shè)置在其上的多個成像陣 列，每一個成像陣列均具有設(shè)置在其上的圖像放大系統(tǒng)，所述圖像放大系統(tǒng)包括第一光學(xué)元件，其設(shè)置在所述成像陣列的遠端上，并具有限定了第一縱向長度的遠端 禾口近端；GRIN透鏡，其設(shè)置在所述第一光學(xué)元件的遠端上；以及 第二光學(xué)元件，其設(shè)置在所述GRIN透鏡的遠端上并限定了第二縱向長度； 其中所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物 體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一 光學(xué)元件的近端處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一光學(xué)元件包括透明圓柱體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二光學(xué)元件包括透明圓柱體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一和第二光學(xué)元件包括實心的基于硅石的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一和第二光學(xué)元件包括具有小于1.1的折射率 的流體填充的圓柱體。
12.—種SSID顯微鏡，包括SSID，其具有設(shè)置在其上的至少一個成像陣列；設(shè)置在所述SSID的遠端上的縱向可調(diào)節(jié)的第一光學(xué)元件，其具有遠端和近端； GRIN透鏡，其設(shè)置在所述第一光學(xué)元件的遠端上并具有由固定的縱向長度限定的遠端 和近端；以及縱向可調(diào)節(jié)的第二光學(xué)元件，其設(shè)置在所述GRIN透鏡的遠端上； 其中所述第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的縱向長度的比率被保持為， 當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的顯微鏡，其中所述第一和第二光學(xué)元件包括可調(diào)節(jié)的體積的空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的顯微鏡，其中所述第一和第二光學(xué)元件包括具有小于1.1的折 射率的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的顯微鏡，其中所述第一和第二光學(xué)元件的外周由圓柱形構(gòu)件限定。
16.一種放大物體的方法，包括提供具有SSID以及第一和第二光學(xué)元件的裝置，并將GRIN透鏡設(shè)置在所述第一與第 二光學(xué)元件之間，其中所述第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的縱向長度的比 率被保持為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并 且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處；定向所述裝置，以便所述物體被設(shè)置為鄰近所述第二光學(xué)元件的遠端； 將預(yù)定波長的光傳播到所述物體的表面上；以及 接收從所述表面反射到所述SSID上的部分光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括響應(yīng)于被所述SSID接收的光而產(chǎn)生信號并將所述 信號傳送到信號處理器和圖像顯示器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括調(diào)節(jié)所述第一光學(xué)元件的縱向長度和所述第二光 學(xué)元件的縱向長度以調(diào)節(jié)所述物體的放大率。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括將所述第二光學(xué)元件的遠端設(shè)置為與所述物體直 接接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括調(diào)節(jié)光的傳播波長。
21.—種放大物體的方法，包括提供具有SSID以及第一和第二光學(xué)元件的裝置，并將GRIN透鏡設(shè)置在所述第一與第 二光學(xué)元件之間，其中所述第一光學(xué)元件的縱向長度與所述第二光學(xué)元件的縱向長度的比 率被保持為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并 且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件的近端處；定向所述裝置，以便所述物體被設(shè)置為鄰近所述第二光學(xué)元件的遠端； 將預(yù)定波長的光傳播到所述物體的表面中；以及 接收從所述表面反射到所述SSID上的部分光。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括響應(yīng)于被所述SSID接收的光而產(chǎn)生信號并將所述 信號傳送到信號處理器和圖像顯示器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括調(diào)節(jié)所述第一光學(xué)元件的縱向長度和所述第二光 學(xué)元件的縱向長度以調(diào)節(jié)所述物體的放大率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括將所述第二光學(xué)元件的遠端設(shè)置為與所述物體直 接接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括調(diào)節(jié)光的傳播波長。
26.一種用于放大物體的裝置，包括SSID，其具有設(shè)置在其遠端上的至少一個成像陣列；第一光學(xué)元件，其設(shè)置在所述SSID的遠端上，所述第一光學(xué)元件具有限定了第一縱向 長度的遠端和近端；第二光學(xué)裝置，其設(shè)置在所述第一光學(xué)裝置的遠端上并限定了第二縱向長度； 其中所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物 體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一 光學(xué)元件的近端處。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中所述第一光學(xué)元件為GRIN透鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的裝置，其中所述第二光學(xué)元件為GRIN透鏡。
全文摘要
一種用于放大物體的裝置包括SSID(15)，該SSID具有設(shè)置在其遠端(16)上的至少一個成像陣列。所述裝置還包括設(shè)置在所述SSID(15)的遠端(16)上的第一光學(xué)元件(20)，其中所述第一光學(xué)元件(20)具有限定了第一縱向長度的遠端(21)和近端(22)。GRIN透鏡(25)被設(shè)置在所述第一光學(xué)元件(20)的遠端(21)上，并且第二光學(xué)元件(30)被設(shè)置在所述GRIN透鏡(25)的遠端(21)上并限定了第二縱向長度。所述第一縱向長度和所述第二縱向長度被配置為，當(dāng)以預(yù)定波長的光觀察所述物體時，所述物體被以預(yù)定級別的放大率放大，并且被放大的物體的焦平面對準(zhǔn)在所述第一光學(xué)元件(20)的近端(22)處。
文檔編號G02B3/00GK101918875SQ200980102027
公開日2010年12月15日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者D·P·馬爾索, S·C·雅各布森 申請人:斯特林公司