CN117233947A - 显微镜照明系统、控制方法及显微成像检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了显微镜照明系统及其控制方法、显微成像检测系统，以及计算机可读存储介质。所述显微镜照明系统包括光源、分光模块、明场照明光路及暗场照明光路。所述分光模块位于所述光源的后端，用于将对应第一光阑图案的第二光束反射到后端的明场照明光路，并将所述第一光束中剩余的第三光束反射到后端的暗场照明光路，其中，所述第一光阑图案是根据待测样本的特征图案来确定。所述明场照明光路用于将所述第一光阑图案的光源像成像到后端的显微物镜的入瞳表面，以向所述待测样本提供平行照射的明场照明。所述暗场照明光路中包括暗场照明模块，用于根据所述待测样本的所述特征图案调制所述第三光束，以向所述待测样本提供适应的暗场照明。

Description

显微镜照明系统、控制方法及显微成像检测系统

技术领域

本发明涉及显微成像检测领域，尤其涉及一种显微镜照明系统、一种显微成像检测系统、一种显微镜照明系统的控制方法，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

明场成像是指只允许透射光束通过物镜光阑形成明场像的成像方式，而暗场成像是指只允许孔径外的光束通过物镜光阑形成暗场像的方式，两者常常被同时应用于显微成像检测的过程中，以提升检测精度和可靠性。

目前，为了让明场照明光束的孔径在显微物镜的数值孔径以内，以得到一个明亮的视场，并让暗场照明光束的孔径在显微物镜的数值孔径以外，而不让其通过物镜光阑成像，现有的显微成像检测系统一般需要两套独立的光源来提供两种截然不同的照明方式，从而显著增加了系统成本。另外，虽然现有的采用液晶（Liquid Crystal，LC）单元作为光空间调制器的显微镜照明系统，已经能够适应待测样本的不同特征图案来提供适配的明场照明，但会损失大量受其反射而未进入明场照明光路的光束能量，从而造成能源的浪费。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种显微镜照明系统，用于缩小系统体积、降低系统成本，并提升显微镜照明系统的能量利用率。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种显微镜照明系统、一种显微成像检测系统、一种显微镜照明系统的控制方法及一种计算机可读存储介质，能通过在明场照明光路及暗场照明光路之间引入多角度反射的分光模块，实现同一光源在明场照明光路及暗场照明光路上的复用，从而缩小系统体积、降低系统成本，并提升整个系统的能量利用率。

具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统包括光源、分光模块、明场照明光路及暗场照明光路。所述光源用于提供显微镜照明的第一光束。所述分光模块位于所述光源的后端，用于将对应第一光阑图案的第二光束反射到后端的明场照明光路，并将所述第一光束中剩余的第三光束反射到后端的暗场照明光路，其中，所述第一光阑图案是根据待测样本的特征图案来确定。所述明场照明光路用于将所述第一光阑图案的光源像成像到后端的显微物镜的入瞳表面，以向所述待测样本提供平行照射的明场照明。所述暗场照明光路包括暗场照明模块。所述暗场照明模块用于根据所述待测样本的所述特征图案调制所述第三光束，以向所述待测样本提供适应的暗场照明。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述分光模块中包括数字微镜设备（Digital Micro-mirror Device，DMD）。所述数字微镜设备中包括多个反射微镜像素单元。所述分光模块通过调节各所述反射微镜像素单元的偏转角度，将所述第二光束反射到所述明场照明光路，并将所述第三光束反射到所述暗场照明光路。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述分光模块中还包括第一控制器。所述第一控制器连接所述数字微镜设备，并被配置为：获取所述待测样本的特征图案；根据所述特征图案，确定对应的第一光阑图案；将位于所述第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元，调节到对应所述明场照明光路的第一角度，以将所述第二光束反射到所述明场照明光路；以及将位于所述第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元，调节到对应所述暗场照明光路的第二角度，以将所述第三光束反射到所述暗场照明光路。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一控制器被进一步配置为：获取位于所述明场照明光路后端的显微物镜的入瞳直径；根据所述入瞳直径，确定对应的孔径光阑尺寸；以及结合所述特征图案及所述孔径光阑尺寸，确定所述第一光阑图案。

进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括前光路位于所述光源和所述分光模块之间。所述前光路中包括第一透镜和第二透镜。所述第一透镜和所述第二透镜构成双远心光路。所述分光模块位于后端的第二透镜的后焦面，以将所述光源成像到所述分光模块的分光表面。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一透镜的净通光孔径由如下方法 计算：

,

其中，为所述第一透镜的焦距，为所述显微物镜的数值孔径，为所述光源的最大出光数值孔径。

所述第二透镜的净通光孔径由如下方法计算：

,

其中，为所述第二透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述明场照明光路中包括第三透镜和第四 透镜。所述分光模块至所述第三透镜的距离等于所述第三透镜的焦距，所述第三透镜 至所述第四透镜的距离等于所述第三透镜的焦距与所述第四透镜的焦距之和，所 述第四透镜至所述显微物镜的瞳面的距离等于所述第四透镜的焦距，以使所述第三 透镜和所述第四透镜构成双远心光路，并与所述前光路及所述分光模块共同构成柯勒照明 系统，以提升所述第二光束对所述待测样本的照明均匀性。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述暗场照明光路中还包括至少一个第五透镜。所述暗场照明模块中包括多束暗场光纤和多个准直透镜。所述至少一个第五透镜位于所述暗场照明模块之前，用于将所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块中至少一束所述暗场光纤的输入端。所述多束暗场光纤的输出端沿多个不同角度朝向所述待测样本。所述多个准直透镜分别位于对应暗场光纤的输出端，分别用于将对应暗场光纤输出的第三子光束沿对应角度地平行传输到所述待测样本，以进行所述暗场照明。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述暗场照明光路中包括两个所述第五透 镜，其中，所述分光模块至首个第五透镜的距离等于所述首个第五透镜的焦距，两个 所述第五透镜之间的距离等于两个所述第五透镜的焦距、之和，第二个第五透镜 至所述暗场照明模块输入端面的距离等于所述第二个第五透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述暗场照明模块中还包括LED光源用于向所述待测样本提供补充的暗场照明。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述暗场照明光路中还包括可移动的遮光元件。所述遮光元件移动到所述分光模块与所述暗场照明模块之间，以避免所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块。或者离开所述分光模块与所述暗场照明模块之间，以允许所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述暗场照明光路中还包括第二控制器。所述第二控制器被配置为：获取所述待测样本的特征图案；根据所述特征图案，确定所述暗场照明的至少一个照射角度及其对应的照射光强；以及根据所述至少一个照射角度及其对应的照射光强，调节所述至少一个第五透镜的透射角度、至少一束所述暗场光纤的输出角度、所述暗场照明模块中LED光源的空间光强分布，和/或所述暗场照明光路中遮光元件的位置，以向所述待测样本提供适应的暗场照明。

此外，根据本发明的第二方面提供的上述显微成像检测系统包括显微物镜、本发明的第一方面提供的显微镜照明系统及相机。所述显微物镜物端朝向待测样本。本发明的第一方面提供的显微镜照明系统经由所述显微物镜向所述待测样本提供明场照明，并利用所述显微镜照明系统中的分光模块反射出的第三光束，向所述待测样本提供暗场照明。所述相机位于所述显微物镜的像方，用于经由所述显微物镜采集所述待测样本的图像，以对所述待测样本进行缺陷检测。

此外，根据本发明的第三方面提供的上述显微镜照明系统的控制方法包括以下步骤：获取待测样本的特征图案；根据所述特征图案，确定对应的第一光阑图案；将分光模块中位于所述第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元，调节到对应明场照明光路的第一角度，以将光源提供的第一光束中对应所述第一光阑图案的第二光束反射到所述明场照明光路；以及将所述分光模块中位于所述第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元，调节到对应所述显微镜照明系统的暗场照明光路的第二角度，以将所述第一光束中剩余的第三光束反射到所述暗场照明光路。

此外，根据本发明的第四方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施如本发明第三方面提供的显微镜照明系统的控制方法。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一些实施例提供的显微成像检测系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜照明系统的结构示意图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的前光路的光路示意图。

图4示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜照明系统的控制方法的流程示意图。

图5A~图5C示出了根据本发明的一些实施例提供的明场照明的第一光阑图案的示意图。

图6 A~图6C 示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场照明的第二光阑图案示意图。

图7示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场照明模块的结构示意图。

图8A示出了根据本发明的一些实施例提供的明场光路照明的投影范围的示意图。

图8B示出了根据本发明的一些实施例提供的明场光路照明的投影范围的示意图。

图8C示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场光路照明的投影范围的示意图。

图8D示出了根据本发明的一些实施例提供的明场及暗场光路照明的投影范围的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，为了让明场照明光束的孔径在显微物镜的数值孔径以内，以得到一个明亮的视场，并让暗场照明光束的孔径在显微物镜的数值孔径以外，而不让其通过物镜光阑成像，现有的显微成像检测系统一般需要两套独立的光源来提供两种照明方式，从而显著增加了系统成本。另外，虽然现有的采用LC单元作为光空间调制器的显微镜照明系统，已经能够适应待测样本的不同特征图案来提供适配的明场照明，但会损失大量受其反射而未进入明场照明光路的光束能量，从而造成能源的浪费。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种显微镜照明系统、一种显微成像检测系统、一种显微镜照明系统的控制方法及一种计算机可读存储介质，不仅能为各种待测样本的不同特征图案提供适配的明场照明，以提升显微成像检测系统对各类缺陷的检测精度，还通过在明场照明光路及暗场照明光路之间引入多角度反射的分光模块，实现同一光源在明场照明光路及暗场照明光路上的复用，从而缩小系统体积、降低系统成本，并提升整个系统的能量利用率。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第三方面提供的上述显微镜照明系统的控制方法，可以基于本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统来实施。本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统可以被配置于本发明的第二方面提供的上述显微成像检测系统中实施。

具体请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的显微成像检测系统的结构示意图。

如图1所示，该显微成像检测系统中包括本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统10、显微物镜20、相机30，以及控制器40。在此，该显微物镜20的物端朝向待测样本50。该相机30位于显微物镜20的像方，用于经由镜筒31及显微物镜20采集待测样本50的图像，以对待测样本50进行缺陷检测。该控制器40中配置有存储器及处理器。该存储器上存储有计算机指令，并优选地连接相机30，以获取并存储其采集的待测样本图像。该处理器分别连接该显微镜照明系统10、该相机30及该存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第三方面提供的上述显微镜照明系统的控制方法。

请进一步参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜照明系统的结构示意图。

在图1及图2所示的实施例中，本发明提供的上述显微镜照明系统10中包括光源11、分光模块12、明场照明光路13及暗场照明光路14。在此，该光源11用于提供显微镜照明的第一光束。该分光模块12位于光源11的后端，用于将适应待测样本50特征图案的第一光阑图案的第二光束反射到后端的明场照明光路13，并将第一光束中剩余的第三光束反射到后端的暗场照明光路14。该明场照明光路13用于将第一光阑图案的光源像，进一步成像到后端的显微物镜20的入瞳表面，以向待测样本50提供平行照射的明场照明。该暗场照明光路14中包括暗场照明模块141，用于根据待测样本50的特征图案调制第三光束，以向待测样本50提供适应的暗场照明。

具体请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的前光路的光路示意图。

如图3所示，本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统中还包括前光路15。该前光路15位于光源11和分光模块12之间，其中包括第一透镜151和第二透镜152。该第一透镜151和第二透镜152可以优选地构成双远心光路，以尽可能地接受光源11发出的更多光线，以减少第一光束的能量损失。进一步地，分光模块12可以优选地位于后端的第二透镜152的后焦面，以将光源11成像到分光模块12的分光表面。

进一步地，在一些实施例中，上述分光模块12中可以包括数字微镜设备（Digital Micro-mirror Devices，DMD）。具体来说，该DMD中可以包括50至200万个反射微镜像素单 元，其中，每个反射微镜像素单元尺寸为14或16μm，相互保持1μm的间隙，并支持+12°、0°、- 12°的三种偏转角度，以构成最大像素分辨率为19201080的形状及孔径可变的照明光阑。 如此，控制器40即可通过逐渐降低或提升附加电压的方式，控制各反射微镜像素单元停止 时起阻尼作用的弹簧触点靠近或远离反射镜，从而将分光模块12中对应第一光阑图案的各 反射微镜像素单元调节到第一偏转角度（例如：+12°），以将第二光束反射到明场照明光路 13，并通过将分光模块12中第一光阑图案以外的各反射微镜像素单元调节到第二偏转角度 （例如：-12°），以将第一光束中剩余的第三光束反射到暗场照明光路14，并由此实现同一光 源11在明场照明光路13及暗场照明光路14上的复用，以缩小系统体积、降低系统成本，并提 升整个系统的能量利用率。

以下将结合一些显微镜照明系统的控制方法的实施例来描述上述显微镜照明系统的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些控制方法的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非限制该显微镜照明系统的全部功能或全部工作方式。同样地，该显微镜照明系统也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些显微镜照明系统的控制方法中各步骤的执行主体和执行顺序构成限制。

请结合参考图4及5A~图5C。图4示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜照明系统的控制方法的流程示意图。图5 A~图5C 示出了根据本发明的一些实施例提供的明场照明的第一光阑图案的示意图。

如图4及图5A~图5C 所示，在进行显微镜照明的过程中，控制器40可以首先经由相机获取待测样本50的特征图案，并根据该特征图案确定对应的第一光阑图案。在此，对于显微成像检测系统而言，不同孔径形状和不同孔径尺寸的轴上或离轴照明光阑能起到改善对某一类缺陷成像对比度的效果。以明场照明中的轴上照明为例，在柯勒照明系统中，随着轴上照明光阑数值孔径的增大，光学成像系统由图5A对应的相干照明变为图5B对应的部分相干照明，直至图5C对应的非相干照明。虽然显微成像检测系统的成像分辨率会随之增大，但是其采集的图像对比度也会逐渐下降，从而使得成像效果不明显。

为此，在确定上述第一光阑图案的过程中，控制器40还可以优选地获取位于明场照明光路13后端的显微物镜的入瞳直径（或标称数值孔径），并根据该入瞳直径（或标称数值孔径）的70%～80%来确定对应的孔径光阑尺寸，再结合待测样本50的特征图案来确定上述第一光阑图案，以获得最佳的观测效果。

之后，控制器40即可将位于该第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元，调节到对应明场照明光路13的第一角度，以将第二光束反射到明场照明光路13。如此，通过将明场照明的第二光束经显微物镜20的入瞳孔径照射于待测样本50表面，待测样本50表面镜面反射率较高的区域，将获得更高的成像灰阶，因而更适用于观察待测样本50的形貌特征。

此外，控制器40还可以将位于该第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元，调节到对应暗场照明光路14的第二角度，以将第一光束中剩余的第三光束反射到暗场照明光路14。如此，通过将暗场照明的第三光束绕过显微物镜20的入瞳孔径，并以较大角度倾斜照射于待测样本50表面，显微成像系统即可依靠待测样本50表面的散射光成像，从而隔绝明亮的背景照明光，以使原本暗弱的细节在黑暗的背景上凸显，并大幅提高待测样本50边缘的对比度。

本领域的技术人员可以理解，图4及图5A~图5C 所示的先确定对应待测样本50的特征图案的第一光阑图案，以利用第一光阑图案的第二光束进行明场照明，再利用第一光束中剩余的第三光束进行暗场照明的显微镜照明方法，只是本发明提供的上述显微镜照明系统10的一种非限制性的实施方式，旨在清楚的展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

可选地，请参考图6A~图6C。图6A~图6C示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场照明的第二光阑图案的示意图。

在图6A~图6C所示的实施例中，响应于暗场照明的实际需求，控制器40也可以如图6A~图6C所示地确定对应的第二光阑图案，将位于第二光阑图案中的各第二反射微镜像素单元，调节到对应暗场照明光路14的第二角度，以将第三光束反射到暗场照明光路14，并将位于第二光阑图案之外的各第一反射微镜像素单元调节到第三角度（例如：0°），或遮挡或反射剩余的第二光束，以避免其影响显微成像检测结果。

请继续参考图2，在本发明的一些实施例中，明场照明光路13中可以优选地包括第三透镜131和第四透镜132。该第三透镜131和第四透镜132可以优选地构成双远心光路，以尽可能地接收更多的第二光束，并减少第二光束的能量损失。更进一步地，该第三透镜131和第四透镜132还可以与前光路16及分光模块12共同构成柯勒照明系统，以提升第二光束对待测样本50的照明均匀性。

类似地，如图2所示，暗场照明光路14中也可以优选地包括至少一个（例如：两个）第五透镜142，以将分光模块12输出的第三光束耦合进暗场照明模块14的输入端。

请进一步参考图7，图7示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场照明模块的结构示意图。

在图7所示的实施例中，暗场照明模块141中可以包括多束暗场光纤和多个准直透镜72。在此，该多束暗场光纤的输入端可以被集成为一体，以构成一分多束暗场光纤71。该至少一个第五透镜142可以位于暗场照明模块141之前，以将分光模块12输出的第三光束耦合进该一分多束暗场光纤71的输入端。该一分多束暗场光纤71的多个输出端711可以优选地沿多个不同角度朝向待测样本50，用于将输入的第三光束分为多束第三子光束，并分别经由位于各输出端711的准直透镜72，将各第三子光束沿对应角度地平行传输到待测样本50，以对其进行暗场照明。在此，各输出端711的设置角度和/或各准直透镜72的焦距可以经过定量地计算和选择，以使各第三子光束的组合照明光斑从多个不同角度倾斜覆盖显微物镜20的整个视场，从而通过提升案场照明效果来提升显微成像检测系统的检测精度。

此外，在本发明的一些实施例中，暗场照明光路14中还可以优选地包括LED光源。该LED光源可以用于在图5A所示的相干照明等场景中，为强度不足的第三光束补光，以向待测样本50提供补充的暗场照明，从而调节暗场照明光路14的暗场照明效果。

此外，在图2所示的实施例中，暗场照明光路14中还可以优选地包括可移动的遮光元件143。该遮光元件143可以选用反光镜或遮光板，用于在明场照明的场景中移动到分光模块12与暗场照明模块141之间，以避免分光模块12输出的第三光束耦合进暗场照明模块141，或者在暗场照明以及明暗场照明的场景中，离开或部分离开分光模块12与暗场照明模块141之间，以允许分光模块12输出的第三光束耦合进暗场照明模块141。

进一步地，在一些实施例中，上述可移动的遮光元件143可以倾斜放置于暗场照明光路14之中，以防止其反射光束的光能量在显微镜照明系统中漫反射，从而避免该漫反射的光能量显微成像检测系统的检测精度。

此外，在本发明的一些实施例中，控制器40还可以优选地连接上述遮光元件143、第五透镜142、一分多束暗场光纤71和/或各准直透镜72。在进行显微镜照明的过程中，控制器40可以首先经由相机30获取待测样本50的特征图案，并根据该特征图案确定显微成像检测所需的照明模式。

具体来说，在需要明场照明的场景中，控制器40可以将遮光元件143移动到分光模块12与暗场照明模块141之间，遮挡或反射分光模块12输出的第三光束，以避免其耦合进暗场照明模块141。或者，在暗场照明以及明暗场照明的场景中，控制器40可以控制遮光元件143离开或部分离开分光模块12与暗场照明模块141之间，允许分光模块12输出的第三光束耦合进暗场照明模块141，以经由该暗场照明模块141对待测样本50进行暗场照明。

进一步地，在上述暗场照明以及明暗场照明的场景中，控制器40还可以优选地根据待测样本50的特征图案，确定暗场照明的至少一个照射角度及其对应的照射光强。之后，控制器40即可根据该至少一个照射角度及其对应的照射光强，调节至少一个第五透镜142的透射角度，以将对应光强的第三光束耦合到对应的至少一根暗场光纤中。此外，控制器40还可以根据该至少一个照射角度及其对应的照射光强，调节暗场照明模块中LED光源的空间光强分布，以将所需的补充光束耦合到对应的至少一根暗场光纤中。此外，控制器40还可以根据该至少一个照射角度及其对应的照射光强，调节至少一束暗场光纤的输出角度，以将对应光强的第三子光束沿对应角度传输到待测样本50，从而向待测样本50提供适应的暗场照明。

本领域的技术人员可以理解，尽管上述实施例中的控制器40既参与了分光模块12的控制，又参与了暗场照明的控制，但这只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

可选地，在另一些实施例中，本领域的技术人员也可以基于以上构思，在分光模块12中配置第一控制器，并在暗场照明模块141中配置第二控制器，以分别进行各模块的控制，在此不再展开赘述。

此外，在一些非限制性的实施例中，本发明还提供一种确定显微镜照明系统10中各光学元件参数的方法，以供参考。

如图2及图3所示，若将上述所有透镜151、152、131、132、142均视为薄透镜，将第一透镜151的焦距和净通光孔径分别定义为f₂、d₂，将第二透镜152的焦距和净通光孔径分别定义为f₃、d₃，将第三透镜131的焦距和净通光孔径分别定义为f₅、d₅，将第四透镜132的焦距和净通光孔径分别定义为f₆、d₆，将遮光元件143的净孔径定义为d₇，将两个第五透镜142的焦距和净通光孔径分别定义为f₈、d₈、f₉、d₉，将光源11至第一透镜151的距离、第一透镜151至第二透镜152的距离、第二透镜152至分光模块12的距离、分光模块12至第三透镜131的距离、第三透镜131至第四透镜132的距离、第四透镜132至显微物镜20瞳面的距离、分光模块12至第五透镜142的距离、两个第五透镜142之间的距离及第五透镜142至暗场光纤11输入端面的距离分别定义为l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆、l₇、l₈、l₉，将显微物镜的数值孔径、入瞳直径、物方线视场、焦距及工作距离分别定义为NA_obj、d_obj、FOV、f_obj、WD，并将光源11发光最大表面直径及可收集的最大出光数值孔径分别定义为d₁max、NA₁max，则本领域的技术人员即可根据显微物镜参数、光源参数及其他系统参数，确定上述各光学元件的参数。

具体来说，第一透镜151可以选用不同的焦距f₂，并如下确定第一透镜151的净通光孔径：

；

此外，技术人员可以为第二透镜152选取合适的焦距及净通光孔径，以使光源像的大小尽可能接近分光模块12的尺寸大小，即：

。

之后，由于明场照明光路13的第三透镜131及第四透镜132构成双远心光学系统，技术人员可以将经分光模块12反射并调制的光源像成像于显微物镜20的入瞳表面，以确定如下参数：

;

;

。

类似地，当暗场照明光路14的两个第五透镜142也构成双远心光学系统，技术人员可以将经分光模块12反射的光源像成像于一分多束暗场光纤71的入射端面，以确定如下参数：

；

；

。

此外，本领域的技术人员还可以根据一分多束暗场光纤71的入射端面直径，轻易地确定至少一个第五透镜142的净通光孔径d₈、d₉，在此不再赘述。

进一步地，请结合参考图8A~图8D。图8A示出了根据本发明的一些实施例提供的明场光路照明的投影范围的示意图。图8B示出了根据本发明的一些实施例提供的明场光路照明的投影范围的示意图。图8C示出了根据本发明的一些实施例提供的暗场光路照明的投影范围的示意图。图8D示出了根据本发明的一些实施例提供的明场及暗场光路照明的投影范围的示意图。

如图8A所示，若将显微物镜20的物方半线视场定义为HFOV，则可如下计算出显微物镜20的全视场被均匀照明所需的最大光学拓展量：

。

根据光展度守恒定律，能够经前光路15进入明场照明光路13的第二光束的光展度也为J_obj。由于光学拓展量的限制，经前光路15进入明场照明光路13的第二光束81，在发光表面积和出光空间角这两个维度上均只占进入暗场照明光路14的第三光束82的一小部分。因此，在一部分光束81能经明场照明光路13提供明场照明的同时，仍有很大一部分光束82能经暗场照明光路14提供暗场照明。

此外，如图8A及图8B所示，在遮光元件143移动到分光模块12与暗场照明模块141之间时，控制器40可以将位于第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元调节到对应明场照明光路13的第一角度，并将位于第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元调节到对应暗场照明光路14的第二角度。此时，由于遮光元件143位于暗场照明光路14中，可以反射暗场照明的第三光束，以配合分光模块12实现单独的明场照明。

另外，如图8C所示，在遮光元件143离开分光模块12与暗场照明模块141之间时，控制器40可以将分光模块12中的所有反射微镜像素单元均调节到对应暗场照明光路14的第二角度，从而经由分光模块12实现单独的暗场照明。

另外，如图8D所示，在遮光元件143离开分光模块12与暗场照明模块141之间时，控制器40可以将位于第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元调节到对应明场照明光路13的第一角度，并将位于第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元调节到对应暗场照明光路14的第二角度，从而经由分光模块12实现组合的明暗场照明。

综上，本发明提供的上述显微镜照明系统10、显微镜照明系统的控制方法，以及计算机可读存储介质，即可通过在明场照明光路及暗场照明光路之间引入多角度反射的分光模块，实现同一光源在明场照明光路及暗场照明光路上的复用，从而缩小系统体积、降低系统成本，并提升整个系统的能量利用率。

进一步地，本发明提供的上述显微成像检测系统即可在上述显微镜照明系统10提供的明场照明和/或暗场照明的辅助下，高质量地采集待测样本50的图像，以进行半导体参数和/或缺陷的检测，从而提升检测的精度和可靠性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位（比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (15)

1.一种显微镜照明系统，其特征在于，包括：

光源，用于提供显微镜照明的第一光束；

分光模块，位于所述光源的后端，用于将对应第一光阑图案的第二光束反射到后端的明场照明光路，并将所述第一光束中剩余的第三光束反射到后端的暗场照明光路，其中，所述第一光阑图案是根据待测样本的特征图案来确定；

所述明场照明光路，用于将所述第一光阑图案的光源像成像到后端的显微物镜的入瞳表面，以向所述待测样本提供平行照射的明场照明；以及

所述暗场照明光路，其中包括暗场照明模块，用于根据所述待测样本的所述特征图案调制所述第三光束，以向所述待测样本提供适应的暗场照明。

2.如权利要求1所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述分光模块中包括数字微镜设备，其中包括多个反射微镜像素单元，所述分光模块通过调节各所述反射微镜像素单元的偏转角度，将所述第二光束反射到所述明场照明光路，并将所述第三光束反射到所述暗场照明光路。

3.如权利要求2所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述分光模块中还包括第一控制器，所述第一控制器连接所述数字微镜设备，并被配置为：

获取所述待测样本的特征图案；

根据所述特征图案，确定对应的第一光阑图案；

将位于所述第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元，调节到对应所述明场照明光路的第一角度，以将所述第二光束反射到所述明场照明光路；以及

将位于所述第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元，调节到对应所述暗场照明光路的第二角度，以将所述第三光束反射到所述暗场照明光路。

4.如权利要求3所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述第一控制器被进一步配置为：

获取位于所述明场照明光路后端的显微物镜的入瞳直径；

根据所述入瞳直径，确定对应的孔径光阑尺寸；以及

结合所述特征图案及所述孔径光阑尺寸，确定所述第一光阑图案。

5.如权利要求1所述的显微镜照明系统，其特征在于，还包括：

前光路，位于所述光源和所述分光模块之间，其中包括第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜和所述第二透镜构成双远心光路，所述分光模块位于后端的第二透镜的后焦面，以将所述光源成像到所述分光模块的分光表面。

6.如权利要求5所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述第一透镜的净通光孔径由如下方法计算：

,

其中，为所述第一透镜的焦距，/>为所述显微物镜的数值孔径，/>为所述光源的最大出光数值孔径，

所述第二透镜的净通光孔径由如下方法计算：

,

其中，为所述第二透镜的焦距。

7.如权利要求6所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述明场照明光路中包括第三透镜和第四透镜，其中，所述分光模块至所述第三透镜的距离等于所述第三透镜的焦距/>，所述第三透镜至所述第四透镜的距离/>等于所述第三透镜的焦距/>与所述第四透镜的焦距/>之和，所述第四透镜至所述显微物镜的瞳面的距离/>等于所述第四透镜的焦距，以使所述第三透镜和所述第四透镜构成双远心光路，并与所述前光路及所述分光模块共同构成柯勒照明系统，以提升所述第二光束对所述待测样本的照明均匀性。

8.如权利要求1所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述暗场照明光路中还包括至少一个第五透镜，所述暗场照明模块中包括多束暗场光纤和多个准直透镜，其中，

所述至少一个第五透镜位于所述暗场照明模块之前，用于将所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块中至少一束所述暗场光纤的输入端，

所述多束暗场光纤的输出端沿多个不同角度朝向所述待测样本，所述多个准直透镜分别位于对应暗场光纤的输出端，分别用于将对应暗场光纤输出的第三子光束沿对应角度地平行传输到所述待测样本，以进行所述暗场照明。

9.如权利要求8所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述暗场照明光路中包括两个所述第五透镜，其中，所述分光模块至首个第五透镜的距离等于所述首个第五透镜的焦距，两个所述第五透镜之间的距离/>等于两个所述第五透镜的焦距/>、/>之和，第二个第五透镜至所述暗场照明模块输入端面的距离/>等于所述第二个第五透镜的焦距/>。

10.如权利要求8所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述暗场照明模块中还包括：

LED光源，用于向所述待测样本提供补充的暗场照明。

11.如权利要求8所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述暗场照明光路中还包括：

可移动的遮光元件，其中，所述遮光元件移动到所述分光模块与所述暗场照明模块之间，以避免所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块，或者所述遮光元件离开所述分光模块与所述暗场照明模块之间，以允许所述分光模块输出的所述第三光束耦合进所述暗场照明模块。

12.如权利要求8~11中任一项所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述暗场照明光路中还包括第二控制器，其中，所述第二控制器被配置为：

获取所述待测样本的特征图案；

根据所述特征图案，确定所述暗场照明的至少一个照射角度及其对应的照射光强；以及

根据所述至少一个照射角度及其对应的照射光强，调节所述至少一个第五透镜的透射角度，和/或调节至少一束所述暗场光纤的输出角度，和/或调节所述暗场照明模块中LED光源的空间光强分布，和/或调节所述暗场照明光路中遮光元件的位置，以向所述待测样本提供适应的暗场照明。

13.一种显微成像检测系统，其特征在于，包括：

显微物镜，其物端朝向待测样本；

如权利要求1~12中任一项所述的显微镜照明系统，经由所述显微物镜向所述待测样本提供明场照明，并利用所述显微镜照明系统中的分光模块反射出的第三光束，向所述待测样本提供暗场照明；以及

相机，位于所述显微物镜的像方，用于经由所述显微物镜采集所述待测样本的图像，以对所述待测样本进行缺陷检测。

14.一种显微镜照明系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待测样本的特征图案；

根据所述特征图案，确定对应的第一光阑图案；

将分光模块中位于所述第一光阑图案中的各第一反射微镜像素单元，调节到对应明场照明光路的第一角度，以将光源提供的第一光束中对应所述第一光阑图案的第二光束反射到所述明场照明光路；以及

将所述分光模块中位于所述第一光阑图案之外的各第二反射微镜像素单元，调节到对应所述显微镜照明系统的暗场照明光路的第二角度，以将所述第一光束中剩余的第三光束反射到所述暗场照明光路。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求14所述的显微镜照明系统的控制方法。