[发明专利]使用明场暗场物镜的独特的倾斜照明技术及与其相关的成像方法

说明书

本发明提供一种用于使用成像系统对样本的表面进行成像的方法，该成像系统利用具有暗场通道和明场通道的BD物镜，BD物镜具有圆周。使用第一弧形照射光通过暗场通道倾斜地照射样本，第一弧形照射光遍布圆周的第一弧倾斜地照射样本。从样本表面反射出来的第一弧形照射光被记录为来自从样本表面反射出来的第一弧形照射光的样本的第一图像，并且处理器通过形貌成像技术处理第一图像来生成样本的3D形貌。还提供成像设备，作为其他实施例的进一步的处理步骤。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月14日提交的美国临时专利申请No. 62/063,564的权益，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及成像技术和设备。在特定实施例中，本发明涉及形貌成像技术。在特定实施例中，本发明涉及利用明场/暗场物镜的成像设备，以及通过在暗场通道中利用挡光板对此类设备进行的改进。

背景技术

用于创建3D形貌的标准技术包括触针仪器、轮廓仪、超声换能器和激光三角测量等。从明暗恢复形状(SFS)和光度立体技术(PMS)已经用于通过使用一个或多个光源2、3照射样本1来创建形貌，光源2、3将倾斜光4、5以从5度至85度并且更通常从25度至75度的角度引导朝向样本1，如图1概括地表示的。倾斜照射从物体的表面S作为反射光6反射，并且被图像传感器(未示出)诸如数字相机7的CCD或CMOS传感器捕获。光源移动到围绕物体周向定位的不同位置，其中在这些不同位置获取图像。这些图像用于通过已知的方式利用适当的(一个或多个)处理器8来计算样本1的形貌。

利用明场和暗场功能的标准反射光显微镜在图2和图3中示出。在该示例中，显微镜10配备有相机12。也可以存在目镜，使得数字12广泛地表示目镜和/或相机。虽然以下描述将是指反射光显微镜，但是类似的技术也适用于使用明场/暗场显微镜物镜的透射光学显微镜或仪器。在下面的描述中将参考反射光显微镜10，但是该技术可以应用于使用明场/暗场物镜的任何成像系统。系统通常由提供光24的光源14、垂直照射器16、明场 /暗场(BD)开关18以及BD物镜20组成。美国专利US3930713和 US4687304描述了BD物镜。在标准BD物镜20中，设置两个通道以将光引导到样本1。光24被引导到反射镜25，反射镜25使光24向下通过垂直照射器16、换镜旋座28和BD物镜20朝向样本1反射。如示意性所示，BD开关18用于限制光24通过由屏蔽壁21分隔开的明场通道22或暗场通道26。如图2所示，在BD开关18处于明场位置的情况下，光24 被限制为从反射镜25反射进入明场通道22的光束，明场通道22以垂直于样本1的平面的角度(90度)引导照射光24'通过BD物镜20朝向样本 1的表面S，并且允许反射光30传递到目镜或相机12。如图3所示，当 BD开关18处于暗场位置时，光24被限制为从反射镜25反射进入暗场通道26的环形光束，暗场通道26是以小于90度并且通常为25度至75度的角度引导照射光24朝向样本的环形通道。

从图2中可以看出，明场中的光路(照射光24')通过换镜旋座28的中心并通过BD物镜20的明场通道22投射。反射光30通过明场通道22 通过换镜旋座28和管透镜32被反射回，并且受任何目镜影响和/或由相机 12捕获。在此可以看出，明场中的照射光24'与样本1的表面S成90度，并且测量的反射光30平行于照射光24'但是在相反的方向中行进。投射的照射光24'照射整个视场。

图3示出暗场模式下的显微镜10。在此，光24被暗场开关18阻挡，使得光不通过明场通道22，而是作为照射光24被引导通过暗场通道26。这产生以由物镜20的设计和暗场通道26的壁确定的倾斜角度向样本1突出的环形光束(或者换句话说为空心圆柱体或环形圆柱体)。如已知的， BD物镜将具有内置在物镜中的反射镜和/或棱镜和/或光扩散器以引导倾斜光。照射光24从样本1的表面S反射出来，并且反射光30向上从明场通道行进到目镜或相机12。投射的暗场照射光24从物镜的整个周边(360 度)照射整个视场。