专利名称：：透镜系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及透镜系统，更具体地涉及包括在光学活检(biopsy)设备中的透镜系统。
背景技术：
：在微创手术期间，进行活检以确定可疑病灶的状况。因为对于外科医生来说可疑病灶必须是可见的，所以通常在疾病的晚期进行这样的活检。随后，将活检送给病理学家来检查目标组织部分。因此，结检是二种^r替k";法，其中活体f^的:尤学技术;于确、定疾病是否已经影响了组织。该方法还实现了疾病的早期诊断。光可以通过多种方式与组织相互作用(包括弹性的和非弹性的(多重或单)散射、在边界层处的反射和吸收)并且可以例如导致荧光和拉曼(Raman)散射。所有这些可以用于测量组织中任何反常变化。这对患者是有益的，因为没有去除组织并且可以在所有必要的位置处就地实时地进行分析。而且，自动诊断将为患者和外科医生节省时间，外科医生可以诊断并治疗该人，而不是等待病理学结果。光学活检设备必须满足将会有用的两个要求。首先，它必须能够在有限的时间内扫描显著的区域。其次，它必须具有高灵敏度和特异性(specificity)。当前，已经提出了用于癌症检测的各种光学方法。能够筛选(screen)较大区域的可用方法(通常为非点状方法)具有高灵敏度但是特异性相当低。因此，这些方法产生大量的假阳性。具有高得多的特异性的方法通常是点状测量方法。这些方法可以给出良好的诊断，但是不适合于在短时间段内扫描显著的区域。为了满足上述两个要求，需要两个不同的光学设备。一个基于类似"照相机"成像并能够观看到更大的区域，而另一个基于类似"显微镜"成像并能够观看细胞水平上的组织。显然，如果单个光学活检设备可以在目标部位的两个不同的视野间切换而无需从患者中移出设备，则活检过程将更加高效和有效。虽然在专利申请US-A1-20040158129中已经描述了将照相机和显微镜结合到一个设备中，但是这两个光学模态(modility)是彼此并排放置(placeaside)的静态分离的实体。这导致设备相当庞大。因为对于微创过程来说，设备的宽度是最重要的，所以在US-A1-20040158129中描述的方案可能不是优选的。因此，有利的是，光学活检设备没有上述的缺点，更具体地，紧凑的光学活检设备能够实现类似照相机(宏观的)和类似显微镜的成像。在所附的独立和从属权利要求中叙述了本发明的具体的和优选的方面。如适当地并且不仅仅如在权利要求中明确叙述的，从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征相结合，并且可以与其他从属权利要求的特征相结合。
发明内容根据本发明的第一方面，一种透镜系统，具有第一透镜组和第二透镜组，并且被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像，其中透镜在两个放大率时具有共同的光轴。透镜系统进一步被配置为以第一放大率在第一透镜组与第二透镜组之间形成中间图像。以第一放大率形成的中间图像进一步成像到光学检测器上。第一放大率允许观看被成像的目标的显著区域，而第二放大率允许以高灵敏度和特异性观看目标。在第一放大率时，第二透镜组充当将中间图像成像到光学检测器上的中继透镜。在第二放大率时，第一和第二透镜组一起在光学检测器上形成图像，而不在第一和第二透镜组之间形成中间图像。根据本发明的第一方面，一种用于光学活检设备的透镜系统，具有第一透镜组和第二透镜组，该透镜系统被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像，其中透镜在两个放大率时具有共同的光轴。透镜系统进一步被配置为在第一透镜组与第二透镜组之间以第一放大率形成中间图像。以第一放大率形成的中间图像进一步成像到光学检测器上。第一放大率允许观看被成像的目标的显著区域，而第二放大率允许以高灵敏度和特异性观看目标。对于微创过程，关键是存在紧凑的光学活检设备。如果将以两个不同的放大率进行观看结合到单个物镜系统中，则会实现活检设备的宽度的显著减小并且还可以以较高的5灵敏度观看较大的区域。在第一放大率时，第二透镜组充当将中间图像成像到光学检测器上的中继透镜。在第二放大率时，第一和第二透镜组一起在光学检测器上形成图像，而不在第一和第二透镜组之间形成中间图像。根据本发明的优选实施例，第一放大率与宏观视图相关联，而第二放大率与微观视图相关联。宏观视图能够实现观看目标的显著区域，而微观视图能够实现以高灵敏度和特异性在细胞水平上观看目标。对于将在实践中有用的光学活检设备，能够观看目标的较大区域的宏观视图和能够在细胞水平上观看目标的微观视图的结合是重要的。根据本发明的另一个实施例，第一放大率的绝对值至少比第二放大率的绝对值小100倍。较高的放大率允许以高灵敏度和特异性在细胞水平上观看目标，而较低的放大率允许观看目标的显著区域。在单个单元中具有两个不同的放大率产生了紧凑的光学活检设备，其能够实现类似照相机(宏观的)和类似显微镜的成像。根据本发明的另一个实施例，第一透镜组具有焦距Fi，且第二透镜组具有焦距F2，并且第一透镜组和第二透镜组之间的距离为D12。第一透镜组的焦距F:优选地小于距离D12。这个约束确保了以第一放大率形成中间图像。根据本发明的又一个实施例，第一透镜组的焦距F,和第二透镜组的焦距Fr满足lF2/Fj〉1。第二透镜组的焦距大于第一透镜组的焦距，以便能够以第一放大率将中间图像成像到检测器上，同时允许以第二放大率将对象成像到检测器上而没有中间图像。根据本发明的第二方面，一种光学活检设备包括将被插入到身体中的插入管；和固定在插入管的尖端中的透镜系统，该透镜系统具有被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像的第一透镜组和第二透镜组。透镜系统在两个放大率时具有共同的光轴。透镜系统进一步被配置为在第一透镜组与第二透镜组之间以第一放大率形成中间图像。利用这种光学活检设备，在单个光学活检过程期间中，检查医师可以扫描目标的较大区域(宏观视图)，并且当注意可疑区域时直接在原处观看单个细胞(微观视图)以做出病理学测定。根据本发明的实施例，光学活检设备进一步包括可切换透镜系6统，其被配置用于在第一放大率与第二放大率之间切换。对于光学活检设备，可切换透镜系统允许更大的设计自由。根据本发明的另一个实施例，可切换透镜系统被配置为根据电润湿原理工作。这种透镜没有可移动部分，因此使得设计紧凑且健壮的透镜系统成为可能。根据本发明的另一个实施例，可切换透镜系统被配置为通过移动透镜来工作。根据本发明的又一个实施例，第二透镜组由至少一个固定透镜和一个可切换透镜构成。该组合改进了透镜系统中的像差(aberration)控制，其可以用于提高第一透镜组的性能。根据本发明的另一个实施例，光学活检设备进一步包括图像传感器。由透镜形成的图像被成像到图像传感器上。根据本发明的又一个实施例，光学活检设备进一步包括被配置用于传递(relay)所形成的图像的光纤束和光学耦合到光纤束的控制台(console)。控制台被配置用于读出所形成的图像。图像传感器通常被集成到光头。为了使得光头的设计更为简单，可以使用光纤束传递图像。取代成像到图像传感器上，目标被成像到光纤束的一端。该光纤束由许多微光纤构成。图像被该光纤束传递到光纤束的另一端。光纤束的另一端由光学活检设备的控制台的光束探查。根据本发明的另一个实施例，光学活检设备进一步包括被配置用于读出所形成的图像的单个扫描光纤和光学耦合到单个扫描光纤的控制台。控制台被配置用于重构所形成的图像。发明的这些和其他特点、特:和优,:将变得清楚。给出该描述仅仅是为了举例，而不是限制本发明的范围。下面所引用的参考图是指附图。图la和lb示出根据本发明的实施例的光学活检设备；图2a和2b示出根据本发明的实施例的光学活检设备；图3a和3b示出根据本发明的另一个实施例的光学活检设备；图4a和4b示出根据本发明的实施例的光学活检设备，其中图像传感器被光纤束替代；7图5示出共焦扫描机构的示意图；以及图6a和6b示出光学活检设备，其中图像传感器被扫描光纤替代。具体实施例方式在所附的独立权利要求和从属权利要求中叙述了本发明的具体的和优选的方面。如适当地并且不仅仅如在权利要求中明确叙述的，从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征相结合，并且可以与其他从属权利要求的特征相结合。将结合具体实施例并参照某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而仅仅由权利要求限定。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。所描述的附图仅仅是示意性并且是非限制性。在附图中，为了说明的目的，一些元件尺寸被夸大并且未按比例绘制。本说明书和权利要求书中所使用的术语"包括"不排除其他元件或步骤。当引用单数名词时使用的不定冠词或定冠词(比如"一个"或"该")时，其包括多个这样的名词，除非另外明确说明。而且，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等等被用是，如此使用的术语在:适、当的情况下是可相互交换的，并且本文所描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述的或示出的顺序的其他顺序操作。而且，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、在...之上、在...下面等等用于描述性目的并且不必用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可相互交换的，并且本文所描述的本操作。^、、、5、-,f、、在本发明的上下文中，目标可以是任何内部区域，包括肺、膀胱、腹腔、膝关节等等。检查医师可以检查内部区域，并且在注意可疑区域(即病灶)时，他可以在原地观看病灶的单细胞。目标也可以是针对其缺损被检查的任何表面。在相同的上下文中，宏观观看是指观看目标的较大区域，而微观观看是指以高灵敏度在细胞水平上观看目标。在本发明的上下文中，第一透镜组是指在目标与中间图像之间的透镜元件，而第二透镜组是指在中间图像与图像传感器之间的透镜元件。如图la所示的光学活检设备1的透镜系统由具有光轴60的第一透镜组10和第二透镜组20构成。透镜系统以第一放大率将源自目标(未示出)的光束40、50转换为光束41、51并且在平面70处形成中间图像。光束41、51被第二透镜组20进一步地转换为光束42、52。中间图像进一步通过第二透镜组20成像到图像传感器30上。如图lb所示，透镜系统100以第二放大率成像来自附近(fromcloseproximity)的目标，而没有在第一透镜组10与第二透镜组20之间形成任何中间图像。第二透镜组20将光束(beam)成像到图像传感器3G上。如图2a和2b所示，第二透镜组20由可切换透镜系统构成，被配置为用于在光学活检设备1的第一放大率与第二放大率之间切换观看。第二透镜组20包括两个透镜21和22，使得在它们之间形成腔23。图像形成在图像传感器30上。防护玻璃板15被放置在透镜16前面，并且它们共同形成第一透镜组10。如图3a和3b所示的光学活检设备1包括第一透镜组10和第二透镜组20。第一透镜组由玻璃板15和透镜17构成，而第二透镜组20包括第一透镜26和第二可切换透镜27。可切换透镜27是流体聚焦透镜(fluidfocuslens)。图4a和4b示出包括第一透镜组10和第二透镜組20的光学活检设备1。图像传感器30被光纤束(fiberbundler)80替代。在图4a中，第一透镜组10将源自目标(未示出)的光束40、50转换为光束41、51并且在位于第一透镜组10与第二透镜组20之间的平面70处形成中间图像。来自中间图像70的光束进一步被转换为光束42、52并且在光纤束80的一端上形成图像。图像被传递到光纤束80的另一端并且由来自图像传感器30的控制台210的光束220探查。在图4b中，源自目标的光束40、50被转换为光束41、51和42、52并且在光纤束80的一端上形成图像。图像被传递到光纤束80的另一端并且由来自图像传感器30的控制台210的光束220探查。图5示出如由E.Laemmel等人在J.Vase.Res.2004:41:400-411中描述的共焦扫描系统，这是图4的控制台系统的实例。插入物11示出图像束2的扩展视图。2是图像束(imagebundler)。3是透镜。94是倾斜镜。5是分色镜。6是激光光源。7是光电检测器。上述参考文献中描述了系统的细节并且这些细节通过引用包含于此。图6a和6b示出包括第一透镜组10和第二透镜组20的光学活检设备l。在这种情况下，图像传感器被读出图像的扫描光纤300所替代。该光纤300连接到控制台(未示出)。在图6a中，第一透镜组10将源自目标(未示出)的光束40、50转换为光束41、51并且在第二透镜组20前面形成中间图像70。来自中间图像70的光束进一步被转换为光束42、52并且形成图像，该图像通过扫描光纤端部310来扫描。所形成的图像可以被读出并被传递到控制台。在图6b中，源自目标的光束40、50被转换为光束41、51和42、52并且在光纤束(fiberbundler)80的一端上形成图〗象。通过扫描光纤端部310来扫描图像。所形成的图像可以被读出并被传递到控制台。具有光轴60的第一透镜组10以第一放大率成像远处目标，首先成像到中间图像70上。随后该中间图像由含有可切换光学元件的第二透镜组20以第一切换状态成像到图像传感器30上。在该放大率时，第一透镜组10充当照相机并且成像大的组织区域(宏观视图)。在第二放大率时，第一透镜组10成像附近目标，在第一透镜组10与含有可切换光学元件的第二透镜组20之间不形成中间图像。可切换光学元件以第二放大率将光束成像到图像传感器30上。图像传感器30可以是光谱传感器。可切换光学系统2G可以是基于机械致动的光学系统或者可以是基于电润湿原理的光学系统。如图2a和2b所示，基于电润湿原理的可切换透镜系统包括被两个透镜21和22包围的腔。在两个透镜21和22之间的腔23被导电液体和不导电液体充满。这两种液体不混合。如EP-A1-1543370中所述，通过4吏用电润湿效应来实现两种液体之间的切换。用两种不同的流体填充腔23使得第二透镜组20产生两种不同的焦距。在宏观视图的情况下，由第二透镜组20将所产生的中间图像70成像到图像传感器30上。第二透镜组20充当中继透镜。在这种情况下，可切换透镜系统20的腔23填充了盐水(导电液体)。对于微观视图，不形成中间图像并且第二透镜组20用于将目标聚焦成像到图像传感器30上。以此方式，可以将两种功能结合到一个光学活检设备中。在该设计中，显微镜功能具有12.8的放大率。宏观视图具有30度的视域和0.033的放大率。因此，宏观和微观视图之间的放大率变化了389倍。将表面的"垂度(sag)"或z坐标描述为极坐标r的函数的通用公式由下式给出Z(。=~^~J'、+々2+々4+々6+々8+4,+々U+《,+々16(i)其中R表示每个透镜表面的半径，r表示距光轴60的距离，以及z表示在沿着光轴60的z方向上表面的垂度(sag)的位置。系数人2到A"是表面的非球面系数。如果在图2a和2b中从左到右将透镜表面编号，开始是对象平面作为O号表面，图像传感器处的图像平面是10号表面。透镜系统的光阑(其确定了透镜系统的数值孔径)位于面向透镜组2的透镜16的透镜表面(5号表面)处。表1和表2示出宏观和微观视图中用于透镜表面的参数的数值。对于宏观视图，光阑直径为0.35mm，且放大率为0.0329。对于微观视图，光阑直径为0.8mm，且放大率为-12.838。所有实例是以650nm波长i殳计。第一透镜组的焦距Fi为0.545mm，且第一透镜组与第二透镜组之间的距离仏2为2mm。透镜系统满足F<D12。而且，第二组的焦距F2在宏观—见图中为2.Olmm，而F2在微观视图中为3.07mm。因此，在两种视图中，IFJF」都大于1。在表1到表4中，"No"表示表面序号，"R"表示透镜表面的半径(mm)，"d"表示透镜厚度或透镜间距(mm)，"n，，表示透镜的折射率。系数A2到A"表示非球面系数A2单位为[mm—J，A4单位为|mm3]，A6单位为[mm—5]，A8单位为[mm—7]，A10单位为mm一9]，A12单位为lmm—u]，A14单位为lmm—13]，A16单位为[mnf15]。在表示为"备注"的最后一列中，指示了对象、光阑和图像表面。表1NoRDnA2A6A10A12A14A"备)主050.D00000000对象1无穷大0.1D0。000D2无穷大0.3t)S1,"93000000003-0.5050.U502.27川()D395.78477-228b:、226-U2201.9S633〗D'-S.6021710')无穷大U.s1.4S9:、(Jt)0D0I)0D5无穷大厶0-i.41269b23,"42"S-199.8112S4177-5756-SSS-1110030.36-1.839101.6'IJ()[)0U000ti无《大U.31"13-U."217799-0.22344204-CI[M6872U40314UU]-O.59396。9D0无^"大11600')-t)1411S644()"3060H40,"8611()D09无S'大0(].01t、6U14"0.19970431-0.0"4646520000100U0000u图像11表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>如图3a和3b所示，通过使用第二透镜组可以在宏观与微观视图之间切换。第二透镜组的第一透镜26为固定透镜，而第二透镜27为如US-B2-7126903所述的流体聚焦透镜。流体聚焦透镜27由水和油构成。在宏观视图的情况下，中间图像70形成在第一透镜组10与第二透镜組20之间，该中间图像进一步由第二透镜组20成像到图像传感器30上。具有透镜27的第二透镜组20在第一切换状态下充当中间透镜。对于微观视图，流体聚焦透镜27处于第二切换状态，在第一透镜组与第二透镜组之间没有形成中间图像。以此方式，两个功能可以结合到一个光学活检设备中。在该设计中，显微镜功能的放大率的绝对值为9.4。宏观视图具有30度的视域，且放大率的绝对值等于0.036。因此，宏观和微观视图之间的放大率变化了262倍。表3和4分别示出在宏观和微观视图中用于该设计的参数的数值。对于宏观视图，光阑直径为0.26mm。对于微观视图，光阑直径为0.8mm。所有实例是以650nm波长i殳计。第一透镜组的焦距Fi为0.545mm,且第一透镜组与第二透镜组之间的距离012为1.5ram。而且，第二透镜组的焦距F2在宏賴L视图中为1.54mm，而在賴L观视图中为3.27mm。因此，IFjFi|总是大于1。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>在所有上述实施例中，图像形成在图像传感器30上。为了使得光学设备的设计更简单，优选地应用例如E.Laemmel等人在J.Vase.Res.2004;41:400-411中所述的"使用光纤束技术来传递图像，，。代替成像到图像传感器30上，如图4a和4b所示现在图像成像在光纤束80的一端上。该光纤束80由许多微光纤构成。随后，由该光纤束将图像传递到光纤束80的另一端。光纤的另一端现在可以由控制台210的光束220探查。这种控制台210的实例为例如图5所示的且由E.Laemmel等人在J.Vase.Res.2004;41:400-411中所述的共焦扫描系统。该参考文献示出图4a和4b的扫描系统210和"0的实例，其用于借助光纤束80读出所传递的图像。在另一个实施例中，如图6a和6b所示，单个扫描光学300用于传递所形成的图像。该光纤300连接到控制台(未示出)。如US-Al-20050052753所述，通过扫描光纤的端部310，由光学探针形成的图像可以被读出并被传输到控制台(console)。应当理解，虽然本文已经讨论了用于根据本发明的设备的优选实施例、特定构造和配置以及材料，但是可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下在形式和细节方面实施各种改变和修改。具体来说，可切换透镜可以是任何类型的，比如由机械电动机移动的可移置透镜或基于液晶原理的可切换透镜。1权利要求1.一种透镜系统，包括被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像的第一透镜组和第二透镜组，其中该透镜系统在这两个放大率时具有共同的光轴，并且其中该透镜系统进一步被配置为以第一放大率在第一透镜组与第二透镜组之间形成中间图像。2.—种用于光学活检设备的透镜系统，包括被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像的第一透镜组和第二透镜组，其中该透镜系统在两个放大率时具有共同的光轴，并且其中该透镜系统进一步被配置为以第一放大率在第一透镜组与第二透镜组之间形成中间图像。3.权利要求1和2的透镜系统，其中第一放大率与宏观视图相关联，且第二放大率与微观视图相关联。4.权利要求2的透镜系统，其中第一放大率的绝对值至少比第二放大率的最大值小100倍。5.权利要求1和2的透镜系统，其中第一透镜组具有焦距Fi，且第二透镜组具有焦距F2，并且第一透镜组与第二透镜组之间的距离为D12，且其中第一透镜组的焦距F!小于距离D12。6.权利要求5的透镜系统，其中第一透镜组的焦距Fi和第二透镜组的焦距F2满足IFJF」〉1。7.—种光学活检设备，包括将被插入到身体中的插入管；和固定在插入管的尖端中的透镜系统，该透镜系统具有被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像的第一透镜组和第二透镜组，其中该透镜系统在两个放大率时具有共同的光轴，并且其中透镜系统进一步被配置为仅以第一放大率在第一透镜组与第二透镜组之间形成中间图像。8.权利要求7的光学活检设备，进一步包括可切换透镜系统，其被配置用于在第一放大率与第二放大率之间切换。9.权利要求8的光学活检设备，其中可切换的透镜系统被配置为根据电润湿原理工作。10.权利要求8的光学活检设备，其中可切换透镜系统被配置为通过移动透镜工作。11.权利要求7的光学活检设备，其中第二透镜组由至少一个固定透镜和一个可切换透镜构成。12.权利要求7的光学活检设备，进一步包括图像传感器，其中由透镜系统所形成的图像被成像到该图像传感器上。13.权利要求7的光学活检设备，进一步包括光纤束，其被配置用于传递由透镜系统所形成的图像；和控制台，其光学耦合到光纤束并被配置用于读出所形成的图像。14.权利要求7的光学活检设备，进一步包括单个扫描光纤，其被配置用于读出由透镜系统所形成的图像；和控制台，其光学耦合到单个扫描光纤并被配置用于重构所形成的图像。全文摘要一种透镜系统，包括第一透镜组和第二透镜组，并且该透镜系统被配置为以第一放大率和第二放大率形成图像。透镜系统在两个放大率时具有共同的光轴。透镜系统进一步被配置为以第一放大率在第一透镜组与第二透镜组之间形成中间图像。以第一放大率形成的中间图像进一步成像到光学检测器上。在第一放大率时，第二透镜组充当将中间图像成像到光学检测器上的中继透镜。在第二放大率时，第一和第二透镜组一起在光学检测器上形成图像，而不形成中间图像。文档编号G02B23/24GK101688972SQ200880022328公开日2010年3月31日申请日期2008年6月25日优先权日2007年6月28日发明者B·H·W·亨德里克斯,J·希米朱,S·凯珀申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司