[發明專利]可適應性掃描光學顯微鏡

有效

• 申請號: 200580045412.6
• 申請日: 2005-12-29
• 公開（公告）號: CN101116023A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 本杰明·邁克爾·波特賽德;伊夫·貝魯爾德;約翰·T·文
• 申請（專利權）人: 倫斯勒理工學院
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B21/36;G02B21/06
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司
• 代理人: 馬晶晶

相關申請的交叉引用

本申請要求對2005年1月27號遞交的美國臨時專利申請號是60/647,572的優先權，在此以引用的方式將其并入本文中。

技術領域

本發明屬于光學顯微鏡的相關領域，特別來講，本發明涉及一種新的，具有應用價值的可適應性光學顯微鏡。本發明處理并改進了已知光學顯微鏡通常所具有的解析度與觀測范圍之間的平衡問題。

背景技術

為了解決光學顯微鏡通常所具有的解析度與觀測范圍之間的平衡問題，本發明人在2005年2月25號提出的美國專利申請號為10/525,422的申請中公開過一種解決方式。該申請要求對美國臨時專利申請號是60/411,038及國際申請號是PCT/US2003/029332，公開號為WO2004/025331的優先權，上述申請在此以引用的方式將其并入本文中。

由于具有廣泛的應用(例如，微裝配，生物學觀察，生物工藝學的觀測與操作，醫療診斷，制造業，檢查以及其他領域)，光學顯微鏡一直作為一種重要的觀測工具，來進行一些肉眼所做不到的觀測。盡管如此，它的傳統應用方式一直受制于上述的平衡問題，也就是解析度與觀測范圍之間的矛盾。本發明是一種新的光學顯微鏡設計、把一個掃描透鏡、一個控制反射鏡、一個可適應性光學元件、可適應性光學調節裝置、以及成像裝置結合在一起，從而對獲得的圖像的觀測范圍進行放大的同時保持其分辨率。為了增加成像數量或者進行特定的時空觀測，所述裝置具有在高成像獲取速率下運行的能力。

隨著最近生物技術和微機電系統的發展，以及工業小型化的潮流，對肉眼所達不到范圍的進行觀測、雙向結合以及檢測的需要在不斷地增長。為了滿足這一需要，光學顯微鏡已重新得到了重視，而且由于這些相關領域的進一步發展，該裝置會在將來繼續作為一種關鍵工具來使用。盡管如此，基本的光學設計和操作原理在前面的一個世紀里都沒有什么顯著的改變，而且光學顯微鏡也一直受制于一個廣為人知的固有問題，那就是觀測范圍和成像系統分辨率的矛盾。

本發明，隨后會對其進行更加全面地介紹，通過把有效的光學元件，動態的控制和圖像處理技術與傳統的靜態光學元件以一種緊密完整的方式結合在一起，成功地在保持高分辨率的同時拓展了觀測的范圍。

擴大觀測范圍的動機最初來自于發明人在微裝配和精密制造方面的經驗。通過視覺引導進行的微裝配經常需要對相距比較遠的零件在微米或小于微米的解析度進行接近同步的監控(例如，監控微鏡的多重臨界邊和將光學傳感器安裝在基板上)。由于單獨一個顯微鏡不能在要求的解析度下觀測足夠大的范圍，多個顯微鏡同時使用和/或使用一個活動的平臺提供了一個現成的可用解決方案。盡管如此，由于每秒活動次數的限制和活動平臺引起的試樣的抖動，以及針對每個新的組裝任務進行重新定位和校準多個顯微鏡所要做的大量工作，促使發明人有必要進行一種新的光學顯微鏡設計來解決這些問題。

由于同樣的原因，在生物學和醫藥成像，以及需要機器視覺的工業制造和檢測領域，對這樣一種顯微鏡同樣具有很大的需求。發明人的第一個設計，也就是在前面提到的早期的美國PCT和美國臨時專利申請中公開的，以及在B.Potsaid，Y.Bellouard，和J.T.Wen的文章中提到的，“用于微操作的光學掃描馬賽克式儀器”(Int.Workshop?on?Micro-Factories(IWMF02)，R.Hollisand?B.J.Neoson，eds.，pp.85-88(2002))中，該裝置被稱為掃描光學馬賽克式儀器(SOMS)，而組裝起這樣一個裝置的目的是為了能夠證明一個后物鏡掃描系統和實時馬賽克組裝技術的結合能夠在微裝配和生物學成像領域有所應用。前述SOMS最初的光學布局設計靈感來自于為形狀記憶合金激光退火所制造的一個機器。見M.Hafez，Y.Bellouard，T.Sidler，R.Clavel，和R.P.Salathe，“使用激光掃描和電腦視覺的形狀記憶合金局部退火”，LaserPrecision?Microfabrication，I.Miyamoto，K.Sugioka，和T.Sigmon，eds.，Proc.SPIE?4088，pp.160-163(2000).這種方法采用了后物鏡二維掃描反射鏡的概念。這種結構也用在幾種商業產品上，但其基本形式結構的觀測范圍，卻由于掃描透鏡中軸外相差的原因而受到一定程度的限制。通過處理這一問題，本發明提供了一個更大的觀測范圍。