[发明专利]可适应性扫描光学显微镜

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对2005年1月27号递交的美国临时专利申请号是60/647,572的优先权，在此以引用的方式将其并入本文中。

技术领域

本发明属于光学显微镜的相关领域，特别来讲，本发明涉及一种新的，具有应用价值的可适应性光学显微镜。本发明处理并改进了已知光学显微镜通常所具有的解析度与观测范围之间的平衡问题。

背景技术

为了解决光学显微镜通常所具有的解析度与观测范围之间的平衡问题，本发明人在2005年2月25号提出的美国专利申请号为10/525,422的申请中公开过一种解决方式。该申请要求对美国临时专利申请号是60/411,038及国际申请号是PCT/US2003/029332，公开号为WO2004/025331的优先权，上述申请在此以引用的方式将其并入本文中。

由于具有广泛的应用(例如，微装配，生物学观察，生物工艺学的观测与操作，医疗诊断，制造业，检查以及其他领域)，光学显微镜一直作为一种重要的观测工具，来进行一些肉眼所做不到的观测。尽管如此，它的传统应用方式一直受制于上述的平衡问题，也就是解析度与观测范围之间的矛盾。本发明是一种新的光学显微镜设计、把一个扫描透镜、一个控制反射镜、一个可适应性光学元件、可适应性光学调节装置、以及成像装置结合在一起，从而对获得的图像的观测范围进行放大的同时保持其分辨率。为了增加成像数量或者进行特定的时空观测，所述装置具有在高成像获取速率下运行的能力。

随着最近生物技术和微机电系统的发展，以及工业小型化的潮流，对肉眼所达不到范围的进行观测、双向结合以及检测的需要在不断地增长。为了满足这一需要，光学显微镜已重新得到了重视，而且由于这些相关领域的进一步发展，该装置会在将来继续作为一种关键工具来使用。尽管如此，基本的光学设计和操作原理在前面的一个世纪里都没有什么显著的改变，而且光学显微镜也一直受制于一个广为人知的固有问题，那就是观测范围和成像系统分辨率的矛盾。

本发明，随后会对其进行更加全面地介绍，通过把有效的光学元件，动态的控制和图像处理技术与传统的静态光学元件以一种紧密完整的方式结合在一起，成功地在保持高分辨率的同时拓展了观测的范围。

扩大观测范围的动机最初来自于发明人在微装配和精密制造方面的经验。通过视觉引导进行的微装配经常需要对相距比较远的零件在微米或小于微米的解析度进行接近同步的监控(例如，监控微镜的多重临界边和将光学传感器安装在基板上)。由于单独一个显微镜不能在要求的解析度下观测足够大的范围，多个显微镜同时使用和/或使用一个活动的平台提供了一个现成的可用解决方案。尽管如此，由于每秒活动次数的限制和活动平台引起的试样的抖动，以及针对每个新的组装任务进行重新定位和校准多个显微镜所要做的大量工作，促使发明人有必要进行一种新的光学显微镜设计来解决这些问题。

由于同样的原因，在生物学和医药成像，以及需要机器视觉的工业制造和检测领域，对这样一种显微镜同样具有很大的需求。发明人的第一个设计，也就是在前面提到的早期的美国PCT和美国临时专利申请中公开的，以及在B.Potsaid，Y.Bellouard，和J.T.Wen的文章中提到的，“用于微操作的光学扫描马赛克式仪器”(Int.Workshop on Micro-Factories(IWMF02)，R.Hollisand B.J.Neoson，eds.，pp.85-88(2002))中，该装置被称为扫描光学马赛克式仪器(SOMS)，而组装起这样一个装置的目的是为了能够证明一个后物镜扫描系统和实时马赛克组装技术的结合能够在微装配和生物学成像领域有所应用。前述SOMS最初的光学布局设计灵感来自于为形状记忆合金激光退火所制造的一个机器。见M.Hafez，Y.Bellouard，T.Sidler，R.Clavel，和R.P.Salathe，“使用激光扫描和电脑视觉的形状记忆合金局部退火”，LaserPrecision Microfabrication，I.Miyamoto，K.Sugioka，和T.Sigmon，eds.，Proc.SPIE 4088，pp.160-163(2000).这种方法采用了后物镜二维扫描反射镜的概念。这种结构也用在几种商业产品上，但其基本形式结构的观测范围，却由于扫描透镜中轴外相差的原因而受到一定程度的限制。通过处理这一问题，本发明提供了一个更大的观测范围。