(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を拡大するための装置であって、
その遠位端に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤと、
前記ＳＳＩＤの前記遠位端に配置され、遠位端および近位端を有する第１の光学素子であって、前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端が前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端の間の第１の長さを画定する、第１の光学素子と、
前記第１の光学素子の前記遠位端に配置され、遠位端および近位端を有するＧＲＩＮレンズと、
前記ＧＲＩＮレンズの前記遠位端に配置され、遠位端および近位端を有する第２の光学素子であって、前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端が前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端の間の第２の長さを画定する第２の光学素子と、
を備え、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、空気または屈折率が１，１未満の流体を含む透明な円筒で構成され、
前記第１の長さおよび前記第２の長さが、前記対象物を所定の波長の光で見るときに、前記対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、前記拡大された対象物の焦点面が、前記第１の光学素子の前記近位端で位置合わせされるように構成される、装置。
【請求項２】
（ｉ）前記第１の光学素子、（ｉｉ）前記ＧＲＩＮレンズ、および（ｉｉｉ）前記第２の光学素子の少なくとも一部分の外面が不透明な材料で被覆される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１および第２の光学素子ならびに前記ＧＲＩＮレンズの外部にあって、所定の波長で光を伝播させることができる光源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２の光学素子の遠位端に配置された光コリメーション装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の光学素子の遠位端に配置された光反射装置をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光反射装置は環状プリズムである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
上部に配置された複数のイメージングアレイを有するＳＳＩＤをさらに備える装置であって、各イメージングアレイは、その上に配置された画像拡大システムを有し、前記画像拡大システムは、
前記イメージングアレイの遠位端に配置され、遠位端および近位端を有する第１の光学素子であって、前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端が前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端の間の第１の長さを画定する、第１の光学素子と、
前記第１の光学素子の前記遠位端に配置されたＧＲＩＮレンズと、
前記ＧＲＩＮレンズの前記遠位端に配置され、遠位端および近位端を有する第２の光学素子であって、前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端が前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端の間の第２の長さを画定する第２の光学素子と、
を備え、
前記第１の長さおよび前記第２の長さが、前記対象物を所定の波長の光で見るときに、前記対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、前記拡大された対象物の焦点面が、前記第１の光学素子の前記近位端で位置合わせされるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第２の光学素子は固体シリカベースの材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
上部に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤと、
前記ＳＳＩＤの遠位端に配置され、遠位端および近位端を有する第１の光学素子であって、前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端が前記第１の光学素子の前記遠位端および前記第１の光学素子の前記近位端の間の第１の長さを画定し、前記第１の長さを調整可能な第１の光学素子と、
前記第１の光学素子の前記遠位端に配置され、遠位端および近位端を有するＧＲＩＮレンズであって、前記ＧＲＩＮレンズの前記遠位端と前記ＧＲＩＮレンズの前記近位端が前記ＧＲＩＮレンズの前記遠位端と前記ＧＲＩＮレンズの前記近位端との間の固定した長さを画定する、ＧＲＩＮレンズと、
前記ＧＲＩＮレンズの前記遠位端に配置された、遠位端および近位端を有する第２の光学素子であって、前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端が前記第２の光学素子の前記遠位端および前記第２の光学素子の前記近位端の間の第２の長さを画定し、前記第２の長さを調整可能な第２の光学素子と、
を備え、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、空気または屈折率が１，１未満の流体を含む透明な円筒で構成され、
前記第１の光学素子の前記第１の長さと前記第２の光学素子の前記第２の長さとの比は、前記対象物を所定の波長の光で見るときに、前記対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、前記拡大された対象物の焦点面が、前記第１の光学素子の前記近位端で位置合わせされるように維持される、ＳＳＩＤ顕微鏡。
【請求項１０】
前記第１および第２の光学素子は調整可能なボリュームの空気を含む、請求項９に記載の顕微鏡。
【請求項１１】
対象物を拡大するための方法であって、
ＳＳＩＤならびに第１および第２の光学素子を有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子の間にＧＲＩＮレンズを配置する装置を設けるステップであって、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、空気または屈折率が１，１未満の流体を含む透明な円筒で構成され、前記第１の光学素子の遠位端と近位端との間の第１の長さと前記第２の光学素子の遠位端と近位端との間の第２の長さの比は、前記対象物を所定の波長の光で見るときに、前記対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、前記拡大された対象物の焦点面が、前記第１の光学素子の前記近位端で位置合わせされるように維持されるステップと、
前記対象物が前記第２の光学素子の前記遠位端に隣接して配置されるように前記装置を配向するステップと、
所定の波長の光を前記対象物の表面上に伝播させるステップと、
前記表面から前記ＳＳＩＤ上に反射された前記光の一部分を受光するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記ＳＳＩＤが前記光を受光するのに応答して信号を生成するステップと、前記信号を、信号プロセッサおよび画像表示装置に伝送するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の光学素子の前記第１の長さおよび前記第２の光学素子の前記第２の長さを調整して、前記対象物の前記倍率を調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の光学素子の前記遠位端を前記対象物に直接接触して配置するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記光の伝播波長を調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
対象物を拡大するための方法であって、
ＳＳＩＤならびに第１および第２の光学素子を有し、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子の間にＧＲＩＮレンズを配置する装置を設けるステップであって、前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、空気または屈折率が１，１未満の流体を含む透明な円筒で構成され、前記第１の光学素子の遠位端と近位端との間の第１の長さと前記第２の光学素子の遠位端と近位端との間の第２の長さの比は、前記対象物を所定の波長の光で見るときに、前記対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、前記拡大された対象物の焦点面が、前記第１の光学素子の前記近位端で位置合わせされるように維持されるステップと、
前記対象物が前記第２の光学素子の前記遠位端に隣接して配置されるように前記装置を配向するステップと、
所定の波長の光を前記対象物の表面内に伝播させるステップと、
前記表面から反射された光の一部分を前記ＳＳＩＤ上に受光するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記ＳＳＩＤが前記光を受光するのに応答して信号を生成するステップと、前記信号を、信号プロセッサおよび画像表示装置に伝送するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光学素子の前記第１の長さおよび前記第２の光学素子の前記第２の長さを調整して、前記対象物の前記倍率を調整するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の光学素子の前記遠位端を前記対象物に直接接触して配置するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記光の伝播波長を調整するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年１月１１日出願の米国特許通常出願第１２／００８，４８６号明細書の優先権を主張し、本出願を、その全体を参照により本明細書に組み込む。本発明は、一般に、小型顕微鏡システムに関する。より詳細には、本発明は、既存のビデオ顕微鏡システムの大きくて厄介な欠陥がないビデオ顕微鏡システム内で、対象物の拡大を可能にするＧＲＩＮ（「屈折率分布型」）レンズ顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医学的問題の研究ならびに診断にとって重要なツールは、光学顕微鏡である。従来の光学顕微鏡は、対物レンズおよび結像レンズを備える。例示的な顕微鏡は、対物レンズおよび結像レンズを備え、これらは複合レンズまたはレンズ系である。対物レンズおよび結像レンズは両方とも、画像の拡大に寄与する。対物レンズは、検査対象物の第１の拡大画像を形成する。この第１の画像は結像レンズに対する対象になり、この結像レンズは、さらに拡大された最終画像を生成する。総合倍率は、対物レンズおよび結像レンズによって生成される別々の拡大率の積である。２つのレンズを利用して、光学収差、特に色収差および球面収差を低減させる。色収差は、様々な色がレンズから互いに異なる距離に集束する現象であり、これにより画像全体が軟調になり、黒と白の間のエッジのように、ハイコントラストのエッジで色ぶちが生じる。光学顕微鏡を使用して大型動物の内部組織を調べるには、通常、その動物から組織を取り出すことが必要である。こうして組織を取り出すことにより、組織を見るために顕微鏡の対物レンズをうまく位置決めする。
【０００３】
光学顕微鏡からの画像を記録すなわち撮影するために、光学的および機械的にデジタルカメラを顕微鏡に取り付けてもよい。アダプタにより、カメラが顕微鏡に接続される。カメラのほんのわずかな動き（振動）でさえも画像品質を著しく落とすので、しっかりと機械的に接続することが特に重要である。さらに、完全に照明され集束された画像がカメラセンサ（ＣＣＤ／ＣＭＯＳ）に投影されるように、光路を光学的に構成しなければならない。デジタルカメラを顕微鏡に取り付けるには、いくつかの方法がある。１つのソリューションは、光電管を使用することである。アダプタを使用して、デジタルカメラを光電管にしっかりとねじ込む。試験体を目視観測するために、続いて２つの接眼レンズを使用する。遺憾ながら、光電管を備えているほとんど全ての顕微鏡が、非常に高価である。他の選択肢は、どんな改造もすることなく、接眼レンズに直接デジタルカメラを配置し、震えない手で画像を取り込むことである。しかし、光学的な適合性を欠いているため、この方法では、ほとんどの場合において、より小さくぼけた画像が生じ、画像の縁部が中心よりも暗くなる。この影響により、センサのほんのわずかな部分のみが最適に使用され、残りの部分は真っ暗のままである。より専門的な、ただしやはりコストがよりかかるソリューションは、光電管アダプタを使用することである。この方法を使用する場合、接眼レンズが取り除かれ、デジタルカメラとともにアダプタが光電管に取り付けられる。アダプタは、顕微鏡とデジタルカメラの間の機械的および光学的なインターフェースの役割を果たす。これにより、カメラのぶれおよびぼかしの影響によるモーションブラーを回避することができ、画像の質がはるかに高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組織のインビボ検査、写真撮影およびビデオ録画用に使用することができる、自己完結型の携帯用ビデオシステムとして使用するのに適した、頑強で使いやすい小型顕微鏡システムを開発することが有利になるはずであると考えられてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、その遠位端に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤを備える対象物を拡大する装置を提供する。この装置はさらに、ＳＳＩＤの遠位端に配置された第１の光学素子を備え、この第１の光学素子は、第１の縦方向の長さを画定する遠位端および近位端を有する。ＧＲＩＮレンズは、第１の光学素子の遠位端に配置され、第２の光学素子は、ＧＲＩＮレンズの遠位端に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように構成される。
【０００６】
本発明の一実施形態では、（ｉ）第１の光学素子、（ｉｉ）ＧＲＩＮレンズ、および（ｉｉｉ）第２の光学素子の少なくとも一部分の外面が不透明な材料で被覆される。さらに、第１および第２の光学素子ならびにＧＲＩＮレンズの外部に光源を配置することができ、所定の波長で光を伝播させることができる。
【０００７】
本発明の他の実施形態では、第２の光学素子の遠位端に光コリメーション装置が配置される。さらに他の実施形態では、第２の光学素子の遠位端に、環状プリズムなどの光反射装置が配置される。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、この装置はさらに、上部に配置された複数のイメージングアレイを有するＳＳＩＤを備え、各イメージングアレイは、その上に配置された画像拡大システムを有する。この画像拡大システムは、イメージングアレイの遠位端に配置された第１の光学素子を備え、第１の縦方向の長さを画定する遠位端および近位端を有する。画像拡大システムはさらに、第１の光学素子の遠位端に配置されたＧＲＩＮレンズ、およびＧＲＩＮレンズの遠位端に配置され第２の縦方向の長さを画定する第２の光学素子を備える。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように構成される。
【０００９】
本発明の一実施形態では、第１の光学素子および／または第２の光学素子は透明な円筒を備える。一態様では、第１および／または第２の光学素子は、固体シリカベースの材料を含むことができる。さらに他の態様では、第１および／または第２の光学素子は、屈折率が１．１未満の液体で満たされた円筒を備える。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、その上に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤと、遠位端および近位端を有し、ＳＳＩＤの遠位端に配置された縦方向に調整可能な第１の光学素子とを備えるＳＳＩＤ顕微鏡が提供される。この顕微鏡はさらに、固定した縦方向の長さによって画定された遠位端および近位端を有する第１の光学素子の遠位端に配置されたＧＲＩＮレンズと、ＧＲＩＮレンズの遠位端に配置された縦方向に調整可能な第２の光学素子とを備える。第１の光学素子の縦方向の長さと第２の光学素子の縦方向の長さとの比は、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように維持される。
【００１１】
本発明の一実施形態では、第１および／または第２の光学素子は、調整可能なボリュームの空気を含む。一態様では、第１および／または第２の光学素子の外周は、円筒形の部材によって画定される。
【００１２】
本発明はさらに、（ｉ）ＳＳＩＤならびに第１および第２の光学素子を有する装置に、第１の光学素子と第２の光学素子の間に配置されたＧＲＩＮレンズを設けるステップであって、第１の光学素子の縦方向の長さと第２の光学素子の縦方向の長さとの比は、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように維持されるステップと、（ｉｉ）対象物が第２の光学素子の遠位端に隣接して配置されるように装置を配向するステップと、（ｉｉｉ）所定の波長の光を前記対象物の表面上に伝播させるステップと、（ｉＶ）ＳＳＩＤ上に伝播された光の一部分を受光するステップとを含む、対象物を拡大する方法を含む。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態では、（ｉ）ＳＳＩＤならびに第１および第２の光学素子を有する装置に、第１の光学素子と第２の光学素子の間に配置されたＧＲＩＮレンズを設けるステップであって、第１の光学素子の縦方向の長さと第２の光学素子の縦方向の長さとの比は、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように維持されるステップと、（ｉｉ）対象物が第２の光学素子の遠位端に隣接して配置されるように装置を配向するステップと、（ｉｉｉ）所定の波長の光を前記対象物の表面に伝播させるステップと、（ｉＶ）ＳＳＩＤ上に伝播された光の一部分を受光するステップとを含む、対象物を拡大する方法が開示される。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、対象物を拡大する方法はさらに、ＳＳＩＤが光を受光するのに応答して信号を生成するステップと、信号プロセッサおよび画像表示装置に前記信号を伝送するステップとを含む。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態では、対象物を拡大する方法はさらに、第１の光学素子および第２の光学素子の縦方向の長さを調整して、対象物の拡大率を調整するステップを含む。本発明の他の実施形態では、対象物を拡大する方法はさらに、第２の光学素子の遠位端を、拡大すべき対象物上に直接配置するステップを含む。
【００１６】
本発明の一実施形態では、対象物を拡大する方法はさらに、第１および第２の光学素子の縦方向の長さを調整するステップと、対象物内または対象物上に伝播される光の波長を変更するステップとを含む。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、その遠位端に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤを備える、対象物を拡大する装置が開示される。第１の光学素子が、ＳＳＩＤの遠位端に配置され、この第１の光学素子は、第１の縦方向の長さを画定する遠位端および近位端を有する。第２の光学素子が、第１の光学素子の遠位端に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように構成される。本発明の一態様では、第１の光学素子はＧＲＩＮレンズである。
【００１８】
本発明のさらなる特徴および利点は、一例として本発明の特徴をともに例示する添付図面と一緒になされる、以下の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明の一実施形態によるＳＳＩＤ顕微鏡の側面図である。
【図１ｂ】図１のＳＳＩＤ顕微鏡の斜視図である。
【図２】顕微鏡内を光が移動する一例を示す、図１のＳＳＩＤ顕微鏡の側面図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態によるＳＳＩＤ顕微鏡の側面図である。
【図３ｂ】図３ａのＳＳＩＤ顕微鏡の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による環状プリズムの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＳＳＩＤ顕微鏡の側面図である。
【図６】図５のＳＳＩＤ顕微鏡の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＳＳＩＤ顕微鏡の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、図に示した例示的な実施形態を参照する。本明細書においては具体的な文言を使用してそれらを説明する。それでもやはり、それにより、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されよう。
【００２１】
次に、各図面に示した例示的な実施形態を参照する。本明細書においては具体的な文言を使用してそれらを説明する。それでもやはり、それにより、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されよう。本明細書において示した発明性のある特徴の改変およびさらなる修正、ならびに本明細書において示した発明の原理のさらなる応用例は、本開示を受けた当業者には想起し得るものであり、本発明の範囲内にあると見なすべきである。
【００２２】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、複数の参照先を含むことに留意しなければならない。
【００２３】
例示的な実施形態における「ＳＳＩＤ」、「固体撮像装置」または「ＳＳＩＤチップ」は一般に、画像データを収集するためのイメージングアレイ、または画素アレイを備える。一実施形態では、ＳＳＩＤは、シリコンもしくはシリコンのような基板、または通常内部に機能が作製されるアモルファスシリコンの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含むことができる。各機能には、イメージングアレイ、導電性パッド、金属配線、回路などが含まれ得る。他の集積回路の構成部品も、所望の用途向けに設けることができる。しかし、画像データまたは光子データを収集する手段、およびそのデータを送出して視覚画像または画像再構成をもたらす手段がある限り、これら構成部品の全てを設ける必要はない。
【００２４】
用語「アンビリカル（ｕｍｂｉｌｉｃａｌ）」には、全体としてＳＳＩＤまたは顕微鏡写真用カメラを操作するユーティリティの集まりが含まれ得る。通常、アンビリカルには、ＳＳＩＤに対する電力、アース、クロック信号、および出力信号を提供するための、１本または複数本の電線または他の導体などの導電線が含まれるが、これらの全てが必ずしも必要となるわけではない。たとえば、アースは、電線を介する以外の別の手段によって、たとえばマイクロマシン加工されたチューブなどのカメラハウジングに提供することができる。アンビリカルにはまた、たとえば光源、温度センサ、温度センサ、力センサ、液体注入または液体吸引部材、圧力センサ、光ファイバ、放射放出装置、およびレーザダイオードなど、他のユーティリティが含まれ得る。
【００２５】
「ＧＲＩＮレンズ」すなわち「屈折率分布型レンズ」は、中心光軸からレンズの外径に向けて放射状に屈折率が変化する専用のレンズを指す。一実施形態では、このようなレンズは、光軸が第１の平坦な端部から第２の平坦な端部に延在する状態で、円筒形状に構成することができる。したがって、この形状のレンズは、光軸から径方向に屈折率が異なるので、より従来型の形状のレンズの効果をシミュレートすることができる。
【００２６】
これらの説明を念頭に置いて、次に添付図面を参照する。各添付図面は、例として本発明の各実施形態を説明する。
医療用イメージングに関する小型イメージングシステムの使用法が、米国特許出願第１０／３９１，４９０号に記載されており、その全体を参照により本明細書に組み込む。時々、小型イメージングシステムで観察している画像を拡大することが望ましいことがある。図１ａおよび１ｂで示すように、本発明は、全体として１０で示してある、対象物を拡大するための小型装置を提供する。この装置は、その遠位端１６に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤ１５と、このＳＳＩＤ１５の遠位端１６に配置された第１の光学素子２０とを備える。第１の光学素子２０は、第１の縦方向の長さを画定する遠位端２１および近位端２２を有する。ＧＲＩＮレンズ２５が、第１の光学素子２０の遠位端２１に配置され、第２の光学素子３０が、ＧＲＩＮレンズ２５の遠位端２６に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子２０の近位端２２で位置合わせされるように構成される。
【００２７】
一実施形態では、対象物を拡大するための装置は、カテーテル４０の遠位端に配置される。ＳＳＩＤ１５は、ＳＳＩＤにエネルギーを供給するための電気接続として、またデータ伝送管路としても働くことがあるアンビリカル４５に、動作可能なように結合される。一実施形態では、アンビリカル４５は、データ処理装置および表示装置（図示せず）に接続されている。他の実施形態では、アンビリカル４５は、顕微鏡装置に光を伝送するのに利用される。
【００２８】
図２を参照すると、顕微鏡１０の物体平面は、第２の光学素子３０の遠位端３１に配向されており、顕微鏡１０の像平面は、第１の光学素子の近位端２２に配向されている。したがって、顕微鏡１０は、物体平面と接触しているまたは物体平面内にある対象物の拡大された画像をＳＳＩＤ１５上に形成することになる。顕微鏡１０の光学倍率は、以下の式１で決まる。
【００２９】
【数１】
0005613059.tif 000002
ここで、Ｍは物体平面内の対象物の倍率の大きさであり、ｌ１は第１の光学素子２０の縦方向の長さであり、ｌ２は第２の光学素子３０の縦方向の長さである。
【００３０】
レンズによって屈折した様々な波長の光が、レンズから距離を置いた様々な点に集束する。この現象は、色収差と呼ばれる場合がある。したがって、ＧＲＩＮレンズを通して伝播する様々な波長の光は、焦点が互いに異なることになる。図２には、第１の光学素子と第２の光学素子の縦方向の長さの比により、所定のレベルの倍率になる一例が示してある。第１の光学素子２０の近位端２２とＧＲＩＮレンズ２５の近位端２７との距離（すなわち、上記第１の縦方向の長さ）は、所定の波長の光に対する焦点距離が第１の縦方向の長さとほぼ等しくなるように維持される。したがって、所定の波長の光に対しては、第１の光学素子２０のほぼ近位端（すなわち、ほぼＳＳＩＤ１５の面上）に、焦点面が位置決めされる。たとえば、縦方向の長さが３ミリメートル（３ｍｍ）である第１の光学素子２０と縦方向の長さが１ミリメートル（１ｍｍ）である第２の光学素子３０とを有するＳＳＩＤ顕微鏡１０においては、１つまたは複数の設計波長の光が対象物の上にまたはそれを通り抜けて伝播し、顕微鏡１０を介して反射して戻るとき、対象物の焦点面は、第１の光学素子２０の近位端２２（すなわち、ＳＳＩＤの面上）に位置合わせをするはずである。この例において結果として生じる対象物の倍率レベルは、肉眼の光学倍率の３倍になるはずである。
【００３１】
一実施形態では、顕微鏡１０は、最大直径がほぼ６００ミクロン（０．６ｍｍ）になるはずである。有利には、開業医など顕微鏡のユーザは、身体の各部分に顕微鏡を送り出し、身体組織のインビボ試験を行うことができる。
【００３２】
次に図３ａおよび３ｂを参照すると、本発明の一実施形態では、その遠位端１６に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤ１５と、このＳＳＩＤ１５の遠位端１６に配置された第１の光学素子２０とを備える、ＳＳＩＤ顕微鏡が提供される。第１の光学素子２０は、第１の縦方向の長さを画定する遠位端２１および近位端２２を有する。ＧＲＩＮレンズ２５が、第１の光学素子２０の遠位端２１に配置され、第２の光学素子３０が、ＧＲＩＮレンズ２５の遠位端２６に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子２０の近位端２２で位置合わせされるように構成される。
【００３３】
本発明の一態様では、第１および第２の光学素子２０、３０の外部の光源、ならびにＧＲＩＮレンズ２５が提供される。光源は、所定の波長で光を伝播させることができてもよい。外部光源の一例は、顕微鏡１０の縦方向の長さに沿って配置された光ファイバケーブル３５である。光ファイバケーブル３５は、ケーブルを通って伝播する波長の周波数を変調することができる光源に結合してもよい。図３ａに示すように、光ファイバケーブル３５は、特定の波長の光ビームを、顕微鏡１０の遠位端１１に供給することができる。本発明の一態様では、光ファイバケーブル３５からの光は、第２の光学素子３０の遠位端３１と接触している対象物の表面で反射し、顕微鏡を通して運ばれて、ＳＳＩＤ１５の表面に達する。さらに他の態様では、たとえば光ファイバケーブル３５からの近赤外光が、対象物まで伝播し、この対象物の表面部分で反射し、その後顕微鏡１０を介して運ばれる。
【００３４】
本発明の他の実施形態では、第１の光学素子２０、ＧＲＩＮレンズ２５、および第２の光学素子３０の少なくとも一部分の外面が不透明な材料で被覆される。不透明な材料は、入射光が顕微鏡１０に入る場合に生じることがある問題を軽減する。
【００３５】
一実施形態では、放物面鏡などの光コリメーション装置が、第２の光学素子３０の遠位端に配置されている。他の実施形態では、この装置はさらに、第２の光学素子３０の遠位端に配置された光反射装置を備える。光反射装置の一例は、図３ｂおよび４に示すような環状プリズム５０である。
【００３６】
本発明の一実施形態では、第１の光学素子２０および／または第２の光学素子３０は透明な円筒を備える。この透明な円筒は、たとえば固体シリカベースの材料を含んでもよい。別の例として、この透明な円筒は、屈折率がほぼ１〜２の範囲にある液体で満たされた円筒を備える。
【００３７】
本発明の他の実施形態では、第１の光学素子２０および第２の光学素子３０は、縦方向に調整可能である。一態様では、第１の光学素子２０および第２の光学素子３０は、あるボリュームの空気を含む。さらに他の態様では、第１の光学素子２０および第２の光学素子３０は、液体を含む。一実施形態では、液体の屈折率は１．１未満である。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、第１の光学素子２０は、ＳＳＩＤ１５をＧＲＩＮレンズ２５の近くまで移動することによって調整される。ジャーナルトラック部材などのトラック部材１９内にＳＳＩＤ１５の一部分を配置することにより、これを実現することができる。トラック部材１９は、顕微鏡１０の縦の長さ方向に沿って配向され、このトラック部材内でＳＳＩＤを移動させるための手段を備える。同様に、第２の光学素子３０は、第２の光学素子３０の遠位端３１をＧＲＩＮレンズ２５の近くまで移動することによって調整することができる。
【００３９】
次に図５および６を参照すると、本発明のさらに他の実施形態では、顕微鏡５０が、上部に複数のイメージングアレイ５６を配置するＳＳＩＤ５５を備える。各イメージングアレイは、その上に配置された単一の画像拡大システムを有する。各画像拡大システムは、イメージングアレイの遠位端に配置された第１の光学素子６０を備え、第１の縦方向の長さを画定する遠位端６１および近位端６２を有する。画像拡大システムはさらに、第１の光学素子６０の遠位端６１に配置されたＧＲＩＮレンズ７０を備える。第２の光学素子８０は、ＧＲＩＮレンズ７０の遠位端に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子６０の近位端６２で位置合わせされるように構成される。
【００４０】
前述の例に加えて、対象物を拡大する方法が、本明細書において企図されている。図１ａ、１ｂ、２、３ａ、および３ｂを全体的に参照すると、例示的な一実施形態では、この方法は、ＳＳＩＤ１５と、ＧＲＩＮレンズ３０がそれらの間に配置されている第１および第２の光学素子２０、３０とを有する装置を提供するステップを含む。第１の光学素子２０と第２の光学素子３０の縦方向の長さの比は、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子２０の近位端２２で位置合わせされるように維持される。この方法はさらに、拡大しようと考える対象物が第２の光学素子３０の遠位端３１に隣接して配置されるように、装置を配向するステップを含む。一態様では、対象物は、第２の光学素子３０の遠位端３１に直接接触している。所定の波長の光が、対象物の表面上に伝播し、伝播した光の一部分が対象物の表面で反射し、ＳＳＩＤ１５上に達する。
【００４１】
さらなる一実施形態では、この方法は、所定の波長の光を対象物の表面上に伝播させるステップに加えてまたはそれに代えて、所定の波長の光（たとえば、近赤外光）を対象物の一部分に伝播させるステップを含む。対象物の表面および／または対象物の内部から反射する光は、次いでＳＳＩＤ１５で受光される。この方法はさらに、ＳＳＩＤ１５が光を受光するのに応答して信号を生成するステップと、前記信号を、信号プロセッサおよび画像表示装置（図示せず）に伝送するステップとを含む。
【００４２】
さらなる一実施形態では、この方法はさらに、第１の光学素子２０および第２の光学素子３０の縦方向の長さを調整して、対象物の倍率を変化させるステップを含む。この方法はさらに、対象物上および／または対象物内に伝播する光の波長を調整して、焦点面をＳＳＩＤ１５の面上に適切に位置合わせするステップを含む。有利には、開業医などのユーザは、患者の一部分に顕微鏡１０を送り出し、患者の組織の詳細なインビボ試験を行うことができる。第１の光学素子２０および／または第２の光学素子３０の長さを調整することにより、開業医は、単一の対象物の倍率を変化させることができる。さらに、対象物内および／または対象物上に伝播する光の波長を変化させることにより、組織の数多くの特性を観察することができる。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、その遠位端に配置された少なくとも１つのイメージングアレイを有するＳＳＩＤ８０を備える、対象物を拡大する装置が開示されている。第１の光学素子８５が、ＳＳＩＤの遠位端８１に配置され、この第１の光学素子８５は、第１の縦方向の長さを画定する遠位端８６および近位端８７を有する。第２の光学素子９０が、第１の光学素子８５の遠位端８６に配置され、第２の縦方向の長さを画定する。第１の縦方向の長さおよび第２の縦方向の長さは、対象物を所定の波長の光で見るときに、この対象物が所定のレベルの倍率で拡大され、拡大された対象物の焦点面が、第１の光学素子の近位端で位置合わせされるように構成される。本発明の一態様では、第１の光学素子８５はＧＲＩＮレンズである。本発明のさらに別の一態様では、第２の光学素子９０はＧＲＩＮレンズである。
【００４４】
これまで述べてきた例は、本発明の原理を１つまたは複数の特定の用途で例示したものであるが、発明能力を発揮することなく、また本発明の原理および概念から逸脱することなく、実装の形態、使用法および詳細における数多くの修正を加えることができることが当業者には明らかになろう。したがって、以下に記載する特許請求の範囲以外で、本発明は限定されるものではない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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