TW201415077A - 用於一顯微鏡之多方向照明及顯微鏡 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於一顯微鏡之圓頂照明及一種顯微鏡。至少一物鏡在一自由端處攜載一圓頂，其中該物鏡之該自由端面向物件之一表面。至少一光源經配置使得當將該物鏡定位於該顯微鏡之一光軸或工作位置中時將一照明提供至該圓頂。

Description

用於一顯微鏡之多方向照明及顯微鏡 【相關申請案之交叉參考】

本專利申請案主張2012年8月28日提交之美國臨時專利申請案第61/693,966號之優先權，該申請案以引用方式併入本文中。

本發明係關於一種用於一顯微鏡之照明。

另外，本發明係關於顯微鏡。

英國專利申請案GB 408899 A展示一種呈使其中心位於待審查表面中之一球形圓頂形式之支架。該圓頂位於該表面上之數英尺高處。螺合至該圓頂中之一孔徑中之一管具有由一燈及透鏡組成之照明部件。

日本專利申請案JP 201163954 A描述一種導線表面缺陷偵測系統。該導線表面缺陷偵測系統將光輻射至導線之表面且使用一相機來搜尋該導線表面中之一缺陷。該相機垂直於該導線表面而配置且位於該導線表面上方。一圓頂部件安置於該相機與該導線之間。該圓頂部件之內表面係一反射表面，且用於使光朝向該相機側輻射且將已在該反射表面上被反射之光均勻地輻射至該導線表面之光源安置於該圓頂部件之下開口端內之一恆定間隔處。

美國專利申請案US 2010/208980 A1揭示一種用於檢測一半導體 晶圓之裝置。相對於一光源及晶圓檢測平臺而配置複數個光感測器。因此，可接收該晶圓之一表面之不同視角之影像且使其與一參考晶圓之對應擷取影像進行比較。該等光感測器可接收直接反射自該光源之該晶圓表面之光與在首先在具有定位於該平臺上之一漫反射內表面之一圓頂上反射之後間接反射自該晶圓表面之光之疊加影像。

美國專利申請案US 2010/246174 A1號中揭示一種用於視覺檢測之照明器件。由一透光材料形成之一透射反射器板在一中心處具有一開口。該反射器具有一圓頂形狀，其之一半徑向下逐漸擴大且其在一中心處具有一開口。該圓頂具有形成為一反射表面之一下表面，在該反射表面上形成用於漫射及反射來自下方之光之細微不平滑度。一上表面位於該下表面之一相對側上。一第一光源單元、一第二光源單元及一第三光源單元將光照射於一檢測物件上，其中該第一光源單元、該第二光源單元及該第三光源單元設置於該透射反射器板之該上表面上且配置於該開口下方之一位置中。一第四光源單元將光照射於該檢測物件上且設置於該透射反射器板下方。

應自以上先前技術之論述明白：一般而言，圓頂照明用於照亮具有複雜形狀之物件。將藉由該圓頂照明而明顯減少與此種物件之構形相關之影像假影(陰影、亮點及暗點)。一般概念在於：將光源定位於底部處以照亮該圓頂之內部。該圓頂之內部覆蓋有使光散射之一高反射及漫射材料。該散射光將最終照亮物件。成像系統透過該圓頂之頂部之中心中之一孔而朝向物件觀看。此照明之最重要性質在於：其依多個角度照射物件以因此減少陰影及熱點。

先前技術設計之一缺點在於：一圓頂無法用在一顯微鏡上。首先，一顯微鏡之工作距離較短(小於20毫米)。該圓頂應裝配於物件與物鏡之間，其意味著：該圓頂之高度亦應小於20毫米。全部市售圓頂具有較大尺寸。

本發明之一目的為提供用於一顯微鏡之照明，其創造檢測具有複雜形狀之物件之機會，其中歸因於該照明而減少與此種物件之構形相關之影像假影(陰影、亮點及暗點)。

由用於一顯微鏡之一照明達成以上目的，該照明包括：˙至少一物鏡，其界定面向一物件之一表面之一自由端；˙一圓頂，其安裝至該至少一物鏡之該自由端；及˙至少一光源，其經配置使得當將該物鏡定位於處於可操作位置之該顯微鏡之一光軸中時將一照明提供至該圓頂。

本發明之一進一步目的為提供一種顯微鏡，其具有能夠檢測具有複雜形狀之物件之一照明，其中歸因於該照明而減少與此種物件之構形相關之影像假影(陰影、亮點及暗點)。

由一顯微鏡達成以上目的，該顯微鏡包括：˙一顯微鏡轉檯，其攜載至少一物鏡，其中該至少一物鏡可利用該顯微鏡轉檯移動至該顯微鏡之一光軸中；˙一圓頂，其安裝至該至少一物鏡之一自由端；及˙一外部光源，其經配置使得當將該物鏡定位於處於可操作位置之該顯微鏡之一光軸中時將外部光提供至該圓頂。

根據一有利實施例，該物鏡具有配置於該物鏡之一暗場照明路徑中之一環形反射鏡。該環形反射鏡之一反射表面經形成使得來自該至少一光源之入射光朝向該圓頂之一內表面反射。該圓頂之該內表面塗覆有某一高反射漫射材料，且經形成使得該光朝向物件散射。除用於提供一暗場模式中之光之該至少一光源之外，一額外光源經配置使得來自該額外光源之光在該圓頂下方照耀至物件之表面上。若該額外光源係一環形燈，則其係有利的。

該圓頂之材料由一高反射及漫射材料製成。

本發明之另一實施例在於：該至少一光源係一外部光源，其經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向物件散射。該圓頂由透明漫射材料製成。

根據一進一步實施例，該至少一光源係一外部光源，其經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向物件散射，且該圓頂由一波長轉換材料製成。

該外部光源係具有至少一LED之一環形燈，該至少一LED具有一波長帶λ _ex ±△λ _ex 。該圓頂之波長轉換材料提供用於物件之照明之一波長帶λ _em ±△λ _em ，其中λ _em ±△λ _em ≠λ _ex ±△λ _ex 。

根據本發明之一進一步實施例，該至少一光源係一外部光源，其經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向物件折射，且該圓頂由具有多個小刻面之一透明材料製成。各小刻面具有一折射能力以使外部光之照射光束之部分朝向物件折射。該等小刻面形成於該圓頂之外部或該圓頂之內部。此處，該外部光源亦係一環形燈。

本發明之顯微鏡具有一內部光源，其將光提供至配置於物鏡之一暗場照明路徑中之一環形反射鏡。該環形反射鏡之一反射表面經形成使得來自該至少一內部光源之入射光朝向該圓頂之一內表面反射。該圓頂之該內表面塗覆有某一高反射漫射材料，且經形成使得該光朝向物件散射。該圓頂塗覆有某一高反射漫射材料。呈一環形燈形式之一外部光源可經配置使得來自該環形燈之光在該圓頂下方照耀至物件之表面上。

根據另一實施例，該圓頂由透明漫射材料製成。該外部光源經配置使得照射於物鏡之該圓頂上之一外部光朝向物件散射。另一實施例在於：該圓頂由用於將該外部光之一波長帶λ _ex ±△λ _ex 轉換為用於物件之照明之一波長帶λ _em ±△λ _em 之一波長轉換材料製成，其中λ _em ±△λ _em ≠λ _ex ±△λ _ex 。

根據另一實施例，該外部光經配置使得一外部光照射於該圓頂上。該圓頂由具有多個小刻面之一透明材料製成，其中各小刻面具有一折射能力以使外部光之照射光束之部分朝向物件折射。

本發明可提供足夠小以使其可用在一顯微鏡上之一圓頂。顯微鏡轉檯上之不同物鏡將具有不同工作距離及視場。基本上，此意味著：各透鏡本身需要圓頂及用於該圓頂之一照明。達成此之唯一方法為：將該圓頂安裝該物鏡上，使得無論顯微鏡轉檯如何旋轉，該圓頂及該物鏡均一起移動。

本文中所描述之圓頂之全部實施例具有光源不整合於圓頂中之優點。因此，可產生可安裝於一顯微鏡之物鏡上之更小圓頂。光源不整合於圓頂中之另一益處在於：無需佈線。此使將圓頂安裝於一顯微鏡轉檯上成為可能，且無需以拙劣電纜為終端。

就具有多個小刻面之實施例而言，存在設計之可用自由度之一額外益處。此給予對所得光分佈之高度控制。除此之外，此圓頂依賴折射而非散射。此使導致更高照明位準更有效率。

2‧‧‧圓頂

4‧‧‧顯微鏡轉檯

6‧‧‧物鏡

7‧‧‧自由端

8‧‧‧工作距離

9‧‧‧高度

10‧‧‧顯微鏡

11‧‧‧表面

12‧‧‧物件

13‧‧‧內表面

14‧‧‧光軸

15‧‧‧光

16‧‧‧暗場照明路徑

17‧‧‧視場

18‧‧‧外部光

19‧‧‧內部光

20‧‧‧至少一光源

22‧‧‧環形反射鏡

23‧‧‧反射表面

25‧‧‧額外光源

25A‧‧‧光點

25B‧‧‧均勻照亮環

27‧‧‧外部

28‧‧‧小刻面

29‧‧‧內部

30‧‧‧連續分佈

31‧‧‧多個峰值

現將在結合附圖之本發明之【實施方式】中更完全地描述本發明之操作之性質及模式，其中圖1係具有安裝於一顯微鏡轉檯上之複數個物鏡之該轉檯之一示意圖；圖2係一物鏡，其中經由物鏡之一暗場照明路徑而提供圓頂之照明；圖3展示如何將來自暗場照明路徑之光擴散於圓頂之內表面上；圖4係本發明之一進一步實施例，其中來自一額外光源之進一步照明在圓頂下方照耀至一物件之一表面上；圖5A係使用如圖4中所展示之一圓頂及環形燈來照亮之物件處之 照明之角分佈之一表示；圖5B係使用如圖4中所展示之一圓頂及環形燈來照亮之物件處之照明之一表示；圖6係一物鏡，其中透過圓頂而提供物件之照明；圖7係圖6中所展示之照明配置之一進一步實施例；圖8係圖2、圖6及圖7中所展示之實施例之一角照明分佈；圖9係本發明之一實施例，其中圓頂具有多個折射小刻面；圖10係圖9中所展示之實施例之所得角照明分佈；及圖11係相對於安裝於一顯微鏡之一轉檯上之物鏡之一環形燈之配置之一實施例。

在以下描述中，闡述諸多特定細節以提供對本發明之一透徹理解。可在無此等特定細節之部分或全部之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述熟知程序操作以避免使本發明難理解。雖然將結合特定實施例而描述本發明，但應瞭解：其不意欲使本發明受限於該等實施例。

相同參考符號係指各種圖中之相同元件。此外，該等圖中僅展示描述各自圖所需之參考符號。所展示之實施例僅表示可如何實施本發明之實例。此不應被視為限制本發明。

圖1係具有安裝於一顯微鏡轉檯4上之複數個物鏡6之顯微鏡轉檯4之一示意圖。由於一顯微鏡10(參閱圖11)之一工作距離8較短(通常小於20毫米)，所以各物鏡6具有一圓頂2。圓頂2附接至一物鏡6之一自由端7，且圓頂2裝配於一物件12之一表面11與物鏡6之間。因此，圓頂2受限於小於工作距離8之高度9。

根據本發明之圓頂2足夠小，使得其適宜用在顯微鏡10上。顯微鏡轉檯4具有不同類型之物鏡6，其等之各者具有不同工作距離及一視 場(圖中未展示)。此意味著：各物鏡6本身需要圓頂2及照明。一特定圓頂2安裝於各物鏡6上，使得當使顯微鏡轉檯4旋轉時，圓頂2及物鏡6於顯微鏡10之一光軸14中一起移動(參閱圖11)。

圖2中展示具有一暗場照明路徑16之一物鏡6。至少一光源20經配置使得來自至少一光源20之光15經由物鏡6之暗場照明路徑16而提供至圓頂2之一內表面13。一環形反射鏡22安裝至物鏡6之自由端7。來自暗場照明路徑16之光15照射環形反射鏡22之一反射表面23。環形反射鏡22之反射表面23經形成使得入射光15朝向圓頂2之反射內表面13反射。圓頂2之內表面13塗覆有使光15朝向物件12散射之某一高反射漫射材料。

圖3展示如何將來自暗場照明路徑16之光15擴散於圓頂2之內表面13上。環形反射鏡22使入射光15分散，使得圓頂之內表面13被均勻地照亮。

圖4中展示其中提供一外部光源25之本發明之一進一步實施例。除圓頂2下方之來自物鏡6之暗場照明路徑16之光15之外，外部光源25將外部光18照耀至物件12之表面11上。物鏡6定位於光軸14中。當亦導通額外光源25(其組態為一環形燈)時，照明覆蓋一更大角範圍。圓頂由高反射及漫射材料製成。

圖5A展示使用組態為一環形燈(其照亮圓頂2)之額外光源25來照亮之物件12處之照明之角分佈。環形燈經配置使得當各自物鏡6處於一可操作位置時，環形燈包圍圓頂2。因此，物件12接收包圍一均勻照亮環25B之光點25A。

圖5B展示使用額外光源25(其組態為一環形燈)及光源20(其照亮圓頂2)來照亮之物件12處之照明。環形燈經配置使得當各自物鏡6處於一可操作位置時，環形燈包圍圓頂2。因此，可在物件12之表面11上獲得視場17之一均勻照明。

圖6中展示其中透過圓頂2而提供物件12之照明之一物鏡6之一實施例。根據圖中所展示之實施例，額外光源25使用來自外部之外部光18照亮圓頂2。在此情況中，圓頂2由透明漫射材料製成。照射於圓頂2上之外部光18朝向物件12散射，圓頂2安裝於物鏡6之自由端7處。

圖7展示圖6中所展示之發明設置之一較佳實施例。亦可使用任何波長轉換材料取代用於圓頂2之漫射材料。一實例係一磷光體，其將外部光18之波長帶λ _ex ±△λ _ex 轉換為具有另一波長帶λ _em ±△λ _em 之圓頂2之一內部光19。外部光源25提供藍色波長帶λ _ex ±△λ _ex 內之外部光18。較佳地，外部光源25係具有至少一藍色LED之一環形燈。圓頂2將來自該至少一藍色LED之外部光18轉變為白色內部光19。若該環形燈未均勻地照亮圓頂2，則吾人可更換環形燈光學器件(圖中未展示)或吾人可添加光束成形光學器件(圖中未展示)。

圖8中展示由至少一光源20(參閱圖2)提供之光15之角分佈、由至少一光源25(參閱圖6)提供之光18之角分佈及由外部光源25(參閱圖7)提供之內部光19之角分佈。全部實施例(圖2、圖6及圖7)將導致物件12之一漫射照明。因此，該照明將具有角度之一連續分佈30。

圖9中所展示之實施例亦使用照亮圓頂2之一外部光源25。圓頂2由一透明材料製成且具有多個小刻面28。各小刻面28使外部光18之照射光束之部分朝向物件12折射。各小刻面28之角度判定物件12上之內部光19之所得入射角，同時小刻面之大小判定物件12上之照亮區域之大小。小刻面28可位於一外部27上及位於圓頂2之一內部29上。就最簡單形式而言，小刻面28呈平面狀，但亦可呈彎曲形狀。就此類型之圓頂2而言，存在使依一所要照明分佈設計圓頂2成為可能之多個自由度(小刻面大小、形狀、位置、角度)。由於此圓頂2產生具有不同角度之多個光束，所以角照明分佈將大體上由多個峰值31(參閱圖10)組成。使圓頂2之內表面29漫射可有助於達成一更連續照明分佈。就圖9 中所展示之實施例而言，存在設計之可用自由度之一額外益處。此給予對所得光分佈之高度控制。除此之外，此圓頂2依賴折射而非散射。此使導致更高照明位準更有效率。

圖11展示一顯微鏡10，其中：根據圖中所展示之實施例，外部光源25係為照明之目的而提供之一環形燈。顯微鏡10之顯微鏡轉檯4攜載複數個物鏡6。可使用顯微鏡轉檯4來使一所要物鏡6處於一工作位置。由顯微鏡10之光軸14界定該工作位置。至少一物鏡6具有一圓頂2。

已參考特定實施例而描述本發明。然而，熟習技術者應明白：可在不背離隨後申請專利範圍之範疇之情況下作出改動及修改。

2‧‧‧圓頂

6‧‧‧物鏡

7‧‧‧自由端

12‧‧‧物件

13‧‧‧內表面

14‧‧‧光軸

15‧‧‧光

16‧‧‧暗場照明路徑

20‧‧‧至少一光源

22‧‧‧環形反射鏡

23‧‧‧反射表面

Claims (21)

1. 一種用於一顯微鏡之照明，其包括：至少一物鏡，其界定面向一物件之一表面之一自由端；一圓頂，其安裝至該至少一物鏡之該自由端；及至少一光源，其經配置使得當將該物鏡定位於一光軸中時將一照明提供至該圓頂。
2. 如請求項1之照明，其中該物鏡具有配置於一暗場照明路徑中之一環形反射鏡，其中該環形反射鏡之一反射表面經形成使得來自該至少一光源之入射光朝向該圓頂之一內表面反射。
3. 如請求項2之照明，其中該圓頂之該內表面塗覆有某一高反射漫射材料，且經形成使得該光朝向該物件散射。
4. 如請求項2之照明，其中一額外光源經配置使得來自該額外光源之光在該圓頂下方照耀至該物件之該表面上。
5. 如請求項4之照明，其中該額外光源係一環形燈。
6. 如請求項2之照明，其中該圓頂由一高反射及漫射材料製成。
7. 如請求項1之照明，其中該至少一光源係一外部光源，該外部光源經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向該物件散射。
8. 如請求項7之照明，其中該圓頂由透明漫射材料製成。
9. 如請求項1之照明，其中該至少一光源係一外部光源，該外部光源經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向該物件散射，且該圓頂由一波長轉換材料製成。
10. 如請求項9之照明，其中該外部光源係具有至少一藍色LED之一環形燈，該至少一藍色LED具有一波長帶λ _ex ±△λ _ex ，且該圓頂之該波長轉換材料提供用於該物件之該照明之一波長帶λ _em ±△λ _em ，其中λ _em ±△λ _em ≠λ _ex ±△λ _ex 。
11. 如請求項1之照明，其中該至少一光源係一外部光源，該外部光源經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向該物件折射，且該圓頂由具有多個小刻面之一透明材料製成。
12. 如請求項11之照明，其中各小刻面具有一折射能力以使外部光之照射光束之部分朝向該物件折射。
13. 如請求項11之照明，其中該等小刻面形成於該圓頂之一外部上或形成於該圓頂之一內部上。
14. 如請求項11之照明，其中該圓頂之一內表面具漫射性。
15. 如請求項11之照明，其中該外部光源係一環形燈。
16. 一種顯微鏡，其包括：一顯微鏡轉檯，其攜載至少一物鏡，其中該至少一物鏡可利用該顯微鏡轉檯移動至該顯微鏡之一光軸中；一圓頂，其安裝至該至少一物鏡之一自由端；及一外部光源，其經配置使得當將該物鏡定位於該顯微鏡之該光軸處時將外部光提供至該圓頂。
17. 如請求項16之顯微鏡，其中該顯微鏡之一內部光源將光提供至配置於該物鏡之一暗場照明路徑中之一環形反射鏡，其中該環形反射鏡之一反射表面經形成使得來自該至少一內部光源之入射光朝向該圓頂之一內表面反射，且該圓頂之該內表面塗覆有某一高反射漫射材料，且經形成使得該光朝向物件散射。
18. 如請求項16之顯微鏡，其中該外部光源係一環形燈，且經配置使得來自該環形燈之光在該圓頂下方照耀至該物件之表面上。
19. 如請求項16之顯微鏡，其中該外部光源經配置使得照射於該圓頂上之一外部光朝向該物件散射，且該圓頂由透明漫射材料製成。
20. 如請求項16之顯微鏡，其中該外部光源經配置使得照射於該圓 頂上之一外部光朝向該物件散射，且該圓頂由用於將該外部光之一波長帶λ _ex ±△λ _ex 轉換為用於該物件之照明之一波長帶λ _em ±△λ _em 之一波長轉換材料製成，其中λ _em ±△λ _em ≠λ _ex ±△λ _ex 。
21. 如請求項16之顯微鏡，其中該外部光源經配置使得一外部光照射於該圓頂上，且該圓頂由具有多個小刻面之一透明材料製成，其中各小刻面具有一折射能力以使外部光之照射光束之部分朝向該物件折射。