TW201617681A - 使用亮視野暗視野物鏡的獨特斜射照明技術及與該技術有關的成像方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於使用成像系統成像試樣之表面的方法，該成像系統使用具有暗視野通道及亮視野通道的BD物鏡，該BD物鏡具有圓周。使用第一弧形照明光經由該暗視野通道斜射地照明該試樣，該第一弧形照明光經由該圓周之第一圓弧斜射地照明該試樣。反射離開該試樣之該表面的該第一弧形照明光經記錄作為來自反射離開該試樣之該表面的該第一弧形照明光的該試樣之第一影像，且處理器藉由經由地形成像技術處理該第一影像產生該試樣之3D地形。本發明亦提供成像裝置，亦提供用於其他實施例之進一步方法步驟。

Description

使用亮視野暗視野物鏡的獨特斜射照明技術及與該技術有關的成像方法 [相關申請案之交互參照]

本申請案主張2014年10月14日申請且以引用方式併入本文中的美國臨時專利申請案第62/063,564號之權益。

本發明大體上係關於成像技術及裝置。在特定實施例中，本發明係關於地形成像技術。在特定實施例中，本發明係關於使用亮視野/暗視野物鏡的成像裝置，及藉由使用暗視野通道中的光障壁進行的對此裝置之改良。

用於創建3D地形的標準技術包括觸針儀器、測面儀、超聲轉換器及雷射三角測量等。陰影造形法(SFS)及光度立體攝影術(PMS)已用以藉由使用一或多個 光源2、3照明試樣1來創建地形，該一或多個光源以5度至85度且通常25度至75度的角度朝向試樣1導向斜射光4、5，如圖1中大體上所表示。斜射照明自物件之表面S反射為反射光6，且由諸如數位攝影機7之CCD或CMOS感測器的影像感測器(未示出)擷取。光源經移動至圍繞物件位於圓周上的不同位置，其中影像係在此等不同位置處取得。此等影像用以藉由已知方式、使用適當處理器8計算試樣1之地形。

圖2及圖3中示出使用亮視野及暗視野功能的標準反射光顯微鏡。在此實例中，顯微鏡10配備有攝影機12。目鏡亦可存在，使得數字12用以廣泛地表示目鏡及/或攝影機。儘管以下描述將涉及反射光顯微鏡，但類似技術適用於使用亮視野/暗視野顯微鏡物鏡的透射光顯微鏡或儀器。以下描述中將參考反射光顯微鏡10，但技術可適用於使用亮視野/暗視野物鏡的任何成像系統。系統通常由提供光24的光源14、垂直照明器16、亮視野/暗視野(BD)開關18及BD物鏡20組成。美國專利US3930713及US4687304描述BD物鏡。在標準BD物鏡20中，提供兩個通道以將光導引至試樣1。光24經導引至反射鏡25，該反射鏡使光24向下穿過垂直照明器16、換鏡旋座28及BD物鏡20朝向試樣1反射。如示意性地示出的BD開關18用以限制光24以傳遞至亮視野通道22或暗視野通道26中，該亮視野通道及該暗視野通道藉由屏蔽壁21分開。在BD開關18處於如圖2中的亮視野位 置中的情況下，使光24限制於經反射離開反射鏡25以進入亮視野通道22的光束，該亮視野通道導向照明光24’穿過BD物鏡20以與試樣1之平面垂直(90度)的角度朝向試樣1之表面S，且允許反射光30傳遞至目鏡或攝影機12。如圖3中所見，當BD開關18處於暗視野位置中時，使光24限制於經反射離開反射鏡25以進入暗視野通道26的環形光束，該暗視野通道為環形通道，該環形通道以小於90度且通常為25度至75度的角度朝向試樣導向照明光24”。

在圖2中可見，亮視野中的光路徑(照明光24’)經投射穿過換鏡旋座28之中心且穿過BD物鏡20之亮視野通道22。反射光30經由亮視野通道22、穿過換鏡旋座28及鏡筒透鏡32經反射回，且受任何目鏡影響且/或由攝影機12擷取。在此可見，亮視野中的照明光24’與試樣1之表面S成90度，且經量測的反射光30平行於照明光24’但在相反方向上行進。投射的照明光24’照明整個視野。

圖3示出暗視野模式中的顯微鏡10。在此，光24由暗視野開關18阻擋，使得無光通過亮視野通道22且實情為經導以引通過暗視野通道26作為照明光24”。此產生以斜射角度朝向試樣1投射的光之環形光束(或，換言之，空心圓柱或環形圓柱)，該斜射角度係由物鏡20之設計及暗視野通道26之壁決定。如已知，BD物鏡將具有構建至物鏡中以導向斜射光的反射鏡及/或稜鏡 及/或光擴散器。照明光24”反射離開試樣1之表面S，且反射光30沿亮視野通道向上行進至目鏡或攝影機12。投射的暗視野照明光24”自物鏡之整個周邊(360度)照明整個視野。

在亮視野成像中，可見，佔據試樣1之至少一部分的視野F由直接90度照明(射入照明光24’與試樣1之總體靜置平面正交)充滿，而在暗視野成像中，視野F由斜射照明(進入照明光24”與試樣1之總體靜置平面成斜射角度)充滿。暗視野照明遍及BD物鏡20之360度圓周均勻地分散。

在第一實施例中，本發明提供用於使用成像系統成像試樣之表面的方法，該成像系統使用具有暗視野通道及亮視野通道的BD物鏡，該BD物鏡具有圓周，該方法包括以下步驟：使用第一弧形照明光經由該暗視野通道斜射地照明該試樣，該第一弧形照明光經由該圓周之第一圓弧斜射地照明該試樣，該第一弧形照明光反射離開該試樣之該表面；自反射離開該試樣之該表面的該第一弧形照明光記錄該試樣之第一影像；以及藉由經由地形成像技術處理該第一影像生成該試樣之3D地形。

在第二實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，其中該第一圓弧為自1度或更多至180度或更少。

在第三實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，其中該第一圓弧為自2度或更多至5度或更少。

在第四實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，該方法進一步包括以下步驟：使用第二弧形照明光經由該暗視野通道斜射地照明該試樣，該第二弧形照明光經由該圓周之不同於該第一圓弧的第二圓弧斜射地照明該試樣，該第二弧形照明光反射離開該試樣之該表面；以及自反射離開該試樣之該表面的該第二弧形照明光記錄該試樣之第二影像，其中產生3D地形之該步驟包括經由地形成像技術處理該第二影像。

在第五實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，其中所有該等斜射地照明步驟包括：在該暗視野通道中提供光障壁，該光障壁具有主體，該主體不允許光通過該主體，及該主體中的暗視野開口，該暗視野開口允許光通該暗視野開口；以及將照明光傳遞至該暗視野通道中、傳遞至該光障壁且穿過該暗視野開口，以提供斜射地照明該試樣的該弧形照明光。

在第六實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，該方法包括處理器控制任何該斜射照明步驟之該斜射照明且控制任何該影像記錄步驟。

在第七實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，其中該處理器控制產生3D地形的該步驟。

在第八實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，該方法包括以下步驟：使用亮視野照明光經由該亮視野通道正交地照明該試樣，該亮視野照明光反射離開該試樣之該表面；以及自反射離開該試樣之該表面的該亮視野照明光記錄該試樣之第三影像，其中產生3D地形的該步驟包括經由地形成像技術處理該第三影像。

在第九實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像系統，其中該地形成像技術係選自陰影造形法技術、光度立體攝影術技術及傅立葉疊層成像(ptychography)調變技術。

在第十實施例中，本發明提供對用於成像試樣之表面的成像裝置之改良，該成像裝置使用具有暗視野通道及亮視野通道的BD物鏡，該BD物鏡具有圓周。該改良包括在該暗視野通道中安置光障壁，該光障壁具有主體，該主體不允許光通過該主體，及該主體中的暗視野開口，該暗視野開口允許光通過該暗視野開口，使得該主體阻擋經由該暗視野通道朝向該試樣行進的照明光。該開口界定通路以用於經由該暗視野通道朝向該試樣行進的該照明光，且因此界定自遍及該圓周之僅一圓弧的離散方向經由該暗視野通道斜射地照明該試樣的弧形照明光。

在第十一實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像裝置，其中該圓弧為自1度或更多至180度或更少。

在第十二實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像裝置，其中該圓弧為自2度或更多至5度或更少。

在第十三實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像裝置，該成像裝置進一步包含處理器，該處理器在由該成像裝置取得的影像上使用地形成像技術。

在第十四實施例中，本發明提供如前述實施例中任一者中的成像裝置，其中該光障壁旋轉以便允許該開口在該圓周周圍的各種位置處的該安置。

1‧‧‧試樣

2、3‧‧‧光源

4、5‧‧‧斜射光

6‧‧‧反射光

7‧‧‧攝影機

8‧‧‧處理器

10‧‧‧顯微鏡

12‧‧‧攝影機

14‧‧‧光源

16‧‧‧垂直照明器

18‧‧‧BD開關

20‧‧‧BD物鏡

22‧‧‧亮視野通道

24‧‧‧光

24’、24”‧‧‧照明光

25‧‧‧反射鏡

26‧‧‧暗視野通道

28‧‧‧換鏡旋座

30‧‧‧反射光

32‧‧‧鏡筒透鏡

110‧‧‧顯微鏡

112‧‧‧攝影機

114‧‧‧光源

116‧‧‧垂直照明器

118‧‧‧BD開關

120‧‧‧BD物鏡

121‧‧‧屏蔽壁

122‧‧‧亮視野通道

124‧‧‧光

124’、124”‧‧‧照明光

125‧‧‧反射鏡

126‧‧‧暗視野通道

128‧‧‧換鏡旋座

130‧‧‧反射光

132‧‧‧鏡筒透鏡

140‧‧‧光障壁

142‧‧‧主體

144‧‧‧暗視野開口

148‧‧‧軸承殼體

150‧‧‧軸承

152‧‧‧驅動器

154‧‧‧皮帶

156‧‧‧感測器

158‧‧‧參考元件

160‧‧‧對置壁

162‧‧‧對置壁

164‧‧‧(分離)側壁

170‧‧‧處理器

172‧‧‧輸出

240‧‧‧光障壁

242‧‧‧主體

244a、244b‧‧‧暗視野開口

245a、245b‧‧‧可移動插頭

247‧‧‧插頭單元

344a、344b、344c、344d、344e、344f‧‧‧(暗視野)開口

345a、345b、345c、345d、345e、345f‧‧‧(可移動)插頭

349a、349b、349c、349d、349e、349f‧‧‧線性致動器

A‧‧‧旋轉

S‧‧‧表面

WD‧‧‧工作距離

圖1為用於由攝影機記錄的試樣之斜射照明的先前技術方法及裝置的示意性表示；圖2為在亮視野成像模式中示出的先前技術亮視野/暗視野顯微鏡的示意性表示；圖3為在暗視野成像模式中示出的先前技術亮視野/暗視野顯微鏡的示意性表示；圖4為在亮視野成像模式中示出的根據本發明的亮視野/暗視野顯微鏡的示意性表示；圖5為在暗視野成像模式中示出的根據本發明的亮視野/暗視野顯微鏡的示意性表示；圖6為本發明之光障壁之一實施例的俯視平面圖； 圖7為本發明之光障壁之一實施例的側視圖；圖8A為本發明之光障壁之另一實施例的示意性表示，該圖示出插頭單元，該插頭單元提供多個插頭以選擇性覆蓋且揭開該插頭單元中的兩個開口，其中插頭移動以揭開左側的開口且覆蓋右側的開口；圖8B為圖8A之光障壁之實施例的示意性表示，但其中插頭移動以揭開右側的開口且覆蓋左側的開口；圖9A為本發明之光障壁之另一實施例的示意性表示，該圖示出主體，該主體中具有多個開口，每一開口帶有其自身的單獨致動插頭，該單獨致動插頭經致動以打開或關閉該單獨致動插頭之相關聯開口；以及圖9B為圖9A之光障壁實施例之示意性表示，但以由相關聯插頭之移動打開的不同開口示出。

本發明修改標準BD顯微鏡或使用BD物鏡的其他儀器，使得在亮視野中，BD物鏡正常地且如上文所描述地透射光。在暗視野中，經由暗視野通道透射的光經限制，使得暗視野照明不遍及BD物鏡之整個360度圓周而是遍及圓周之僅一部分。

參考圖4及圖5，根據本發明的使用亮視野及暗視野功能的顯微鏡經示出且由數字110指定。在此實施 例中，顯微鏡110配備有攝影機112。目鏡亦可存在，使得112用以廣泛地表示目鏡及/或攝影機。儘管以下描述將涉及反射光顯微鏡，但類似技術適用於透射光顯微鏡或使用BD物鏡的其他儀器。系統通常由提供光124的光源114、垂直照明器116(光導引)、亮視野/暗視野(BD)開關118及BD物鏡120組成。如在標準BD物鏡20中，提供兩個通道以將光導引至試樣1。光124經導向至反射鏡125，該反射鏡使光124向下穿過垂直照明器116、換鏡旋座128及BD物鏡120朝向試樣1反射。

如示意性地示出的BD開關118用以限制光124以傳遞至亮視野通道122(圖4)或暗視野通道126(圖5)中，該亮視野通道及該暗視野通道藉由屏蔽壁121分開。在BD開關118處於如圖4中的亮視野位置中的情況下，使光124限制於經反射離開反射鏡125以作為照明光124’進入亮視野通道122的光束，該亮視野通道導向照明光124’穿過BD物鏡120以與試樣1之平面垂直(90度)的角度朝向試樣1之表面S，且允許反射光130傳遞至目鏡或攝影機112。如圖5中所見，當BD開關118處於暗視野位置中時，使光124限制於經反射離開反射鏡125以進入暗視野通道126的環形光束，該暗視野通道為環形通道，該環形通道以小於90度且通常為25度至75度的角度朝向試樣導向經由該環形通道進入的光。

在一些實施例中，暗視野通道126以小於90度，在其他實施例中，小於80度，在其他實施例中，小 於70度，在其他實施例中，小於60度，在其他實施例中，小於50度，在其他實施例中，小於40度，且在其他實施例中，小於30度的角度朝向試樣導向照明光。在一些實施例中，暗視野通道126以大於20度，在一些實施例中，大於30度，在一些實施例中，大於40度，在一些實施例中，大於50度的角度朝向試樣導向照明光。

物鏡之遠端與試樣之間的距離已知為工作距離(參見圖5)。在一些實施例中，工作距離為自0.05mm或更大至40mm或更小。在一些實施例中，工作距離為自0.7mm或更大至30mm或更小，且在其他實施例中，自1mm或更大至25mm或更小。在一些實施例中，工作距離為10mm或更小，在其他實施例中，為5mm或更小，在其他實施例中，為3mm或更小，在其他實施例中，為2mm或更小，在其他實施例中，為1.5mm或更小，且在其他實施例中，為1mm或更小。

在一些實施例中，BD物鏡20之視野為小於10mm。在一些實施例中，BD物鏡之視野為小於5mm，在其他實施例中，小於2mm，在其他實施例中，小於1mm，在其他實施例中，小於500μm，在其他實施例中，小於200μm，在其他實施例中，小於100μm，在其他實施例中，小於50μm。

當以例如小於10μm之大小觀察顯微鏡試樣時，取決於物鏡之工作距離，顯微鏡物鏡距試樣之表面的距離通常小於5mm。例如，50x物鏡之典型工作距離WD 小於2mm，且對於100x物鏡而言，該工作距離通常為1mm或更小。物鏡之實體外徑通常介於20mm與50mm之間。藉由實例之方式，使用20mm直徑的試樣及5mmWD，投射離開表面的光之角度將為近似26度。在1mmWD之更可能狀況下，投射在試樣上的光之角度將為6度。光度立體攝影術較佳地使用以30度至80度的照明。在大多數顯微鏡使用狀況下，隨後，將由於斜射照明之低入射而不可能使用光度立體攝影術或需要斜射照明的其他成像技術來決定試樣之地形。

本發明使用物鏡之暗視野通道來將光導向至試樣之表面上。此允許光源更靠近照明之垂直軸。在以上標準照明中，光必須在物鏡之半徑外側。暗視野通道之使用允許光源在試樣之半徑內並實質上鄰接於光路徑。距垂直軸的距離現可近似等於允許照明之角度為45度的WD。此角度可隨物鏡之設計稍微變化，但通常在25度至75度之範圍內。因此，儘管在許多應用中需要極其緊密的工作距離，根據本發明之成像系統亦達成斜射照明角度。本文教導的方法可用來決定可由標準方法達成的顯微鏡應用中的地形。

在圖4中可見，亮視野中的光路徑(照明光124’)經投射穿過換鏡旋座128之中心且穿過BD物鏡120之亮視野通道122。反射光130經由亮視野通道122、穿過換鏡旋座128及鏡筒透鏡132經反射回，且被任何目鏡影響且/或由攝影機112擷取。在此可見，亮視野中的照 明光124’與試樣1之總體靜置表面成90度，且經量測的反射光130平行於照明光124’但在相反方向上行進。圖4示出試樣1及投射至試樣1上的亮視野照明光124’的示意性橫截面圖。投射的照明光124’照明整個視野。

圖5示出暗視野模式中的顯微鏡110。在此，光124由暗視野開關118阻擋，使得無光通過亮視野通道122且實情為經導引以通過暗視野通道126作為照明光124”。正如先前技術之圖3之實施例，光124之此阻擋產生經反射離開反射鏡125且朝向試樣1投射的光之環形光束(或，換言之，空心圓柱或環形圓柱)。然而，與先前技術之區別為，照明光124”之該環形光束之整體並未以由物鏡120之設計及暗視野通道126之壁決定的斜射角度到達試樣。實情為，在來自少於BD物鏡之整個360度圓周處的光之僅一部分沿暗視野通道傳送以到達試樣，作為弧形照明光124*。此弧形照明光124*仍然照明整個視野，但是，並非自物鏡之整個360度圓周如此進行，而是自有限的度數(或弧分數)的離散方向如此進行，亦即自圓周之僅一部分如此進行。在其他實施例中，弧形照明光124*之暗視野投射自有限的度數(或弧分數)的離散方向照明整個視野，且暗視野照明沒有任何額外照明，該任何額外照明將干擾由斜射地引入的弧形照明光124*引起的表面陰影。此藉由將光障壁140定位在照明光124”之路徑中來實現。

在一些實施例中，諸如圖6中示出的該實施 例中，光障壁140具有其中帶有暗視野開口144的主體142，使得不需要的照明光124”經阻擋，且所要弧形照明光124*通過開口以遍及少於在先前技術中所實踐的整個360度圓周地朝向試樣1投射。光障壁140之主體142不允許照明光124”通過，同時暗視野開口144簡單地界定敞開路徑以用於照明光124”，該照明光隨後在藉由通過光障壁開口144經限制之後經界定為弧形照明光124*。光障壁140亦界定亮視野開口146以用於亮視野通道122及照明光124’，以及來自亮視野照明或暗視野照明的所有反射光。

圖5示出試樣1及投射至試樣1上的弧形照明光124*的示意性橫截面圖。投射的弧形照明光124*照明整個視野，但是以斜射角度且自離散位置照明。參考回圖5，可見僅暗視野通道126之左側經示出為具有經由該暗視野通道行進的弧形照明光124*，因為該狀況反映光障壁140中的暗視野開口144之位置。照明因此來自該方向且跨於視野以斜射角度照射。

在一些實施例中，光障壁140緊固在換鏡旋座128中。在其他實施例中，光障壁140緊固在垂直照明器116中。將瞭解，光障壁140及本文中的有關概念亦可以其他方式實行，諸如實行於BD物鏡120中。

在一些實施例中，諸如圖5中之實施例中，光障壁140安裝在換鏡旋座128中，且緊固至軸承殼體148，該軸承殼體緊固至換鏡旋座128而不侵擾暗視野通 道126及經由該暗視野通道行進的光，亦即，合乎需要的是光不受暗視野通道126中之軸承殼體148之入侵影響。軸承殼體148包括軸承150，該軸承允許光障壁140之旋轉以將暗視野開口144定位在BD物鏡120之圓周周圍的所要位置自，因此界定朝向試樣1投射的弧形照明光124*。該旋轉在圖6中藉由雙頭箭頭A直觀地表示。

在一些實施例中，驅動器152用以旋轉光障壁140以將暗視野開口144安置在所要位置中。在一些實施例中，驅動器152為經由皮帶154與光障壁140相互作用的馬達，但可使用齒輪傳動及其他相互作用。將瞭解，驅動器152亦可為手動操縱驅動器，諸如齒輪傳動或皮帶傳動或以其他方式與光障壁140相關聯以旋轉該光障壁的輪子或旋鈕。

在一些實施例中，感測器156在適當位置處安裝至顯微鏡110以識別用於光障壁140之零位置。當感測器與光障壁140上的參考元件158對準時，顯微鏡110上的感測器156將識別零位置。零位置建立用於光障壁140及更具體而言該光障壁中的暗視野開口144之已知起始位置，且此已知起始位置用於索引成像，使得由攝影機112記錄的每一影像具有與該影像相關聯的相對於試樣的已知照明位置。

攝影機可為在成像系統中有用的任何攝影機且尤其用於成像意欲用於地形分析的試樣。此等攝影機將通常使用CCD或CMOS感測器。

將瞭解，顯微鏡之所有元件之控制可以已知方式實行，通常其中一些或所有控制藉由在本文中全部表示且指定為處理器170的各種硬體及/或軟體及/或韌體來實行。可使用一或多個處理器，且可使用諸如操縱桿、繼電器、開關等的大量硬體。處理器170可記錄影像，該等影像係自攝影機取得且使用適當演算法加以程式設計以分析一或多個影像且重新創建所成像的試樣之部分的地形影像。

對於藉由處理器170實行的地形成像技術，使進入斜射光相對於物鏡之圓周的定位與特定影像相關聯通常為必要的或至少有幫助的。由斜射光產生的陰影取決於進入光相對於圓周的位置，且建立零位置促進用於取得多個影像且基於該等多個影像計算地形之方法之自動化。一旦零位置經建立，處理器及相關硬體及/或韌體及/或軟體可執行以下自動方法：自圓周周圍的第一位置提供斜射照明，取得影像且收集影像資料並且使該影像資料與來自第一位置的照明相關聯，隨後自圓周周圍的第二位置提供斜射照明，取得影像且收集影像資料並且使該影像資料與來自第二位置位置資料的照明相關聯；根據需要重複該方法以自所要數目的照明位置獲得所要數目的成像資料集合。在一些實施例中，感測器156為光學近接感測器，其中當感測器156及參考元件158對準時，由感測器156照射的光由光障壁140中的參考元件158阻擋。在其他實施例中，感測器156為磁定位感測器，藉由感測充當參考元 件的磁體來工作。機械限制開關及霍耳效應感測器為其他實例。

在一些實施例中，諸如在圖7中可見，光障壁140具有帶有兩個對置壁160、162的捲軸類形狀，該等對置壁具有分離側壁164。諸如皮帶154的皮帶(或齒輪傳動機構或其他驅動機構)可嚙合側壁164以驅動光障壁140。

在一些實施例中，諸如圖8A及圖8B中所示的該實施例中，光障壁240具有在暗視野開口244a及暗視野開口244b處表示的多個開口，但考慮到明顯大小約束，可使用任何數目的開口。暗視野開口244a、244b接合至光障壁之主體242之周邊，使得可使用可移動插頭245a及可移動插頭245b以選擇性地阻擋個別暗視野開口244a、244b。在圖8A之實施例中，暗視野開口244a及暗視野開口244b彼此相對，且可移動插頭245a及可移動插頭245b接合，從而形成插頭單元247，使得當可移動插頭245b阻擋暗視野開口244b時，可移動插頭245a自暗視野開口244a(如在圖8A中)移除且反之亦然(如在圖8B中)。此允許光通過所要暗視野開口244a、244b，從而提供弧形照明光124*，且亦允許藉由切換插頭單元247之定位進行的弧形照明光124*之定位之快速切換。可瞭解，可使用多個狹槽及可移動插頭，且每一插頭可具有其自有控制，正與圖8A及圖8B之本示範性實施例中建立的共用控制相反。

在另一實施例中，例如圖9A及圖9B中所示的該實施例中，光障壁340具有圍繞光障壁之主體242之圓周以60度間隔開的六個暗視野開口344a、344b、344c、344d、344e及344f。可替代地使用所要的任何數目及位置。暗視野開口344a-f接合至光障壁340之主體342之周邊，使得可移動插頭345a、345b、345c、345d、345e及345f可使用來選擇性地阻擋個別暗視野開口344a-f。在此實施例中，可移動插頭345a-f各自可經獨立地致動以阻擋個別開口。為直觀地表示選擇性移動，插頭345a在圖9A中係示出為自該插頭之開口344a移除，其中所有其他插頭經安放以阻擋該等插頭之個別開口，而在圖9B中，插頭345b係示出為自該插頭之開口344b移除，其中所有其他插頭經安放以便阻擋該等插頭之個別開口。

在一些實施例中，此類插頭可由線性致動器、螺線管、偏心輪或運動控制之任何其他已知方法移動。線性致動器349a、349b、349c、349d、349f經使用。

在任何實施例中，弧形照明光124*之大小可基於達成的結果及所要的結果來根據需要變化。此需要選擇暗視野開口144(或暗視野開口244a、244b)之定大小。在一些實施例中，弧形照明光124*的範圍自1度或更多至180度或更少(60弧分或更多至10,800弧分或更少弧分)。在其他實施例中，弧形照明光124*的範圍自45度或 更多至120度或更少(2700弧分或更多至7200弧分或更少弧分)，在其他實施例中，自30度或更多至45度或更少(1800弧分或更多至2700弧分或更少弧分)，在其他實施例中，自10度或更多至30度或更少(600弧分或更多至1800弧分或更少弧分)，在其他實施例中，自5度或更多至10度或更少(300弧分或更多至600弧分或更少弧分)，在其他實施例中，自2度或更多至5度或更少(120弧分或更多至300弧分或更少弧分)。弧形照明光之大小取決於暗視野開口144相對於該暗視野開口藉以通訊的環形暗視野通道126之弧形的大小。

本發明之另一態樣將使用以上描述的斜射照明BD顯微鏡，以藉由以下操作創建3D地形：取得使用光障壁140來以弧形照明光124*自BD物鏡120之360圓周周圍的不同位置斜射照明的試樣1之多個影像，及根據地形成像技術處理來自該等影像之資料。地形成像技術之選擇不限於任何特定技術，但在一些實施例中，係選自陰影造形法技術、光度立體攝影術技術及傅立葉疊層成像調變技術。處理器170接收來自攝影機112的成像資料且藉由一或多個地形成像技術程式設計以產生用來創建經成像的試樣1之區域之地形表示的資料。此表示於輸出172處。使用諸如陰影造形法技術、光度立體攝影術技術及傅立葉疊層成像調變技術的已知技術以及弧形照明光之已知大小、數目及位置、斜射照明之角度，可產生3D地形。

在諸如陰影造形法(SFS)的一些地形成像技術 中，自單個位置處的弧形照明光產生的的單個斜射照明試樣影像可足以產生地形資料及影像。在諸如光度立體攝影術技術的其他地形成像技術中，自兩個位置處的弧形照明光產生的至少兩個斜射照明試樣影像可足以產生地形資料及影像。在諸如傅立葉疊層成像調變技術的其他地形成像技術中，需要自兩個位置的弧形照明光產生的至少兩個斜射照明試樣影像加上來自亮視野照明的影像以產生地形資料，且10個或更多個斜射照明試樣影像將提供用於傅立葉疊層成像調變技術之甚至更好的資料。本領域中的現有演算法及尚待開發的演算法將為一般技術者提供關於所需要的影像之類型之數目的知識。本發明並未發明或改變演算法，但實情為提供考慮到該等演算法之實行方案的方法及裝置。

將瞭解，在一些實施例中，處理器170(再次，該處理器表示任何數目的適當處理器、硬體、軟體、韌體)自動化光障壁、照明及影像收集之控制及地形資料及/或影像之產生。

因此，本發明提供用於使用成像系統成像試樣之方法，該成像系統使用BD物鏡，該BD物鏡具有暗視野通道及亮視野通道且圍繞將要成像的試樣的界定圓周。方法包括：使用第一弧形照明光經由暗視野通道斜射照明試樣，該第一弧形照明光經由圓周之第一圓弧斜射照明試樣；以及自反射離開試樣之表面的第一弧形照明光取得提供試樣之第一影像資料集合的第一影像。在一些實施 例中，方法進一步包括藉由經由地形成像技術處理第一資料來產生試樣之3D地形。在一些實施例中，圓弧大小如以上所描述地加以選擇以用於弧形照明光124*。

在其他實施例中，方法包括：使用第二弧形照明光經由暗視野通道斜射照明試樣，該第二弧形照明光經由BD物鏡之圓周之不同於第一圓弧的第二圓弧斜射照明試樣；以及自反射離開試樣之表面的第二弧形照明光取得提供試樣之第二影像資料集合的第二影像。在其他實施例中，方法進一步包括以亮視野照明光經由亮視野通道照明試樣，及自反射離開試樣之表面的亮視野照明光取得試樣之第三影像。在其他實施例中，方法進一步包括針對產生n數目個影像資料集合的n數個影像重複該斜射照明步驟及該取得影像步驟。在其他實施例中，n為自2至12，在其他實施例中，自3至9，在其他實施例中，自4至7，且在其他實施例中，為6。

在其他實施例中，該斜射照明步驟包括：在暗視野通道中提供光障壁，光障壁具有主體，該主體不允許光通過該主體，及主體中的暗視野開口，該暗視野開口允許光通過該暗視野開口；以及將照明光傳遞至暗視野通道中、傳遞至光障壁且穿過暗視野開口，以提供斜射照明試樣的弧形照明光。

在其他實施例中，方法包括處理器及相關聯硬體及/或韌體及/或軟體，該處理器及相關聯硬體及/或韌體及/或軟體控制任何該斜射照明步驟之斜射照明且控制 任何該影像取得步驟。在其他實施例中，相同或不同處理器及相關聯硬體及/或韌體及/或軟體控制產生3D地形之該步驟。

在一些實施例中，光障壁140可保持固定以允許影像將自單個位置經擷取。在一些實施例中，光障壁140可經旋轉以允許多個影像將在暗視野開口144之已知的特定位置處經獲取。在一些實施例中，光障壁(諸如光障壁240)將具有多個開口及插頭，其中插頭經順序地操縱以打開用於弧形照明光124*之途徑。在一些實施例中，位置通常為對稱的，諸如相隔180度擷取的兩個影像、相隔120度擷取的三個影像，相隔60度擷取的六個影像等等。將瞭解，此等量測將具有每一弧形照明之每一圓弧之中點作為參考點，其中量測係自中點至中點地進行。應瞭解，本發明允許一或多個影像使用暗視野斜射光來擷取且仍然允許亮視野影像以90度擷取。

根據前述內容，應瞭解，本發明藉由提供以多種方式進行結構及功能改良的成像系統及地形成像方法來顯著地推進技術。雖然在本文中已詳細描述本發明之各種實施例，但是應瞭解，本發明不限於該等實施例或由該等實施例限制，因為此項技術中之一般技術者將容易瞭解對本發明之變化。應自以下申請專利範圍瞭解本發明之範疇。

1‧‧‧試樣

112‧‧‧攝影機

114‧‧‧光源

116‧‧‧垂直照明器

118‧‧‧BD開關

120‧‧‧BD物鏡

124‧‧‧光

124’、124”‧‧‧照明光

125‧‧‧反射鏡

128‧‧‧換鏡旋座

130‧‧‧反射光

132‧‧‧鏡筒透鏡

148‧‧‧軸承殼體

150‧‧‧軸承

152‧‧‧驅動器

154‧‧‧皮帶

170‧‧‧處理器

172‧‧‧輸出

S‧‧‧表面

WD‧‧‧工作距離

Claims (14)

1. 一種用於使用一成像系統成像一試樣之一表面的方法，該成像系統使用具有一暗視野通道及一亮視野通道的一BD物鏡，該BD物鏡具有一圓周，該方法包括以下步驟：使用一第一弧形照明光經由該暗視野通道斜射地照明該試樣，該第一弧形照明光經由該圓周之一第一圓弧斜射地照明該試樣，該第一弧形照明光反射離開該試樣之該表面；以及自反射離開該試樣之該表面的該第一弧形照明光記錄該試樣之一第一影像；以及藉由經由一地形成像技術處理該第一影像來產生該試樣之一3D地形。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一圓弧為自1度或更多至180度或更少。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一圓弧為自2度或更多至5度或更少。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括以下步驟：使用一第二弧形照明光經由該暗視野通道斜射地照明該試樣，該第二弧形照明光經由該圓周之不同於該第一圓弧的一第二圓弧斜射地照明該試樣，該第二弧形照明光反射離開該試樣之該表面；以及自反射離開該試樣之該表面的該第二弧形照明光記錄 該試樣之一第二影像，其中產生一3D地形之該步驟包括經由一地形成像技術處理該第二影像。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中所有該等斜射地照明步驟包括：在該暗視野通道中提供一光障壁，該光障壁具有一主體，該主體不允許光通過該主體，及該主體中的一暗視野開口，該暗視野開口允許光通過該暗視野開口，以及將照明光傳遞至該暗視野通道中、傳遞至該光障壁且穿過該暗視野開口，以提供斜射地照明該試樣的該弧形照明光。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其包括一處理器控制任何該斜射照明步驟之斜射照明且控制任何該影像記錄步驟。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該處理器控制產生一3D地形之該步驟。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包括以下步驟：使用亮視野照明光經由該亮視野通道正交地照明該試樣，該亮視野照明光反射離開該試樣之該表面；以及自反射離開該試樣之該表面的該亮視野照明光記錄該試樣之一第三影像，其中產生一3D地形之該步驟包括經由一地形成像技術處理該第三影像。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該地形成像技術係選自陰影造形法技術、光度立體攝影術技術及傅立 葉疊層成像調變技術。
10. 一種用於成像一試樣之一表面的成像裝置，該成像裝置使用具有一暗視野通道及一亮視野通道的一BD物鏡，該BD物鏡具有一圓周，改良包含：在該暗視野通道中安置一光障壁，該光障壁具有一主體，該主體不允許光通過該主體，及該主體中的一暗視野開口，該暗視野開口允許光通過該暗視野開口，使得該主體阻擋經由該暗視野通道朝向該試樣行進的照明光，且該開口界定一通路以用於經由該該暗視野通道朝向該試樣行進的該照明光，該開口因此界定自遍及該圓周之僅一圓弧的一離散方向經由該暗視野通道斜射地照明該試樣的弧形照明光。
11. 如申請專利範圍第10項之成像裝置，其中該圓弧為自1度或更多至180度或更少。
12. 如申請專利範圍第11項之成像裝置，其中該圓弧為自2度或更多至5度或更少。
13. 如申請專利範圍第12項之成像裝置，其進一步包含一處理器，該處理器在由該成像裝置取得的影像上使用地形成像技術。
14. 如申請專利範圍第10項之成像裝置，其中該光障壁旋轉以允許該開口在該圓周周圍的不同位置處的該安置。