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技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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。
本专利技术总体涉及成像技术和设备。在特定实施例中，本专利技术涉及形貌成像技术。在特定实施例中，本专利技术涉及利用明场/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。
技术介绍
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。在明场成像中，可以看出，摄入样本1的至少一部分的视场F由直接90度照射填充(入射照射光24'与样本1的一般静息平面正交)，而在暗场成像中，通过倾斜照射(入射照射光24"与样本1的一般静息平面成倾斜角度)填充视场F。暗场照射遍布BD物镜20的360度圆周均匀分布。
技术实现思路
在第一实施例中，本专利技术提供了一种用于使用成像系统对样本的表面进行成像的方法，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，该方法包括如下步骤：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，所述第一弧形照射光从样本表面反射出来；从样本表面反射出来的第一弧形照射光记录样本的第一图像；以及通过形貌成像技术处理第一图像来生成样本的3D形貌。在第二实施例中，本专利技术提供了如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其中第一弧为1度或更大到180度或更小。在第三实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其中所述第一弧为2度更大到5度或更小。在第四实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其进一步包括以下步骤：使用第二弧形照射光通过暗场通道倾斜地照射样本，第二弧形照射光倾遍布圆周的不同于所述第一弧的第二弧倾斜地照射样本，所述第二弧形照射光从样本的表面反射出来；以及从样本表面反射出来的第二弧形照射光记录样本的第二图像，其中生成3D形貌的所述步骤包括通过形貌图像技术处理第二图像。在第五实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其中所有所述倾斜照射步骤包括：在暗场通道中提供挡光板，挡光板具有不允许光从中通过其中的主体，以及允许光从中通过的在主体中的暗场开口，并且将到暗场通道中的照射光输送到挡光板并通过暗场开口，以提供倾斜地照射样本的弧形照射光。在第六实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，包括处理器控制任何所述倾斜照射步骤的倾斜照射并控制任何图像记录步骤。在第七实施例中，本专利技术提供了如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其中处理器控制生成3D形貌的所述步骤。在第八实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，包括以下步骤：使用明场照射光通过明场通道正交地照射样本，所述明场照射光从样本表面反射出来；以及从样本表面反射出来的明场照射光记录样本的第三图像，其中生成3D形貌的所述步骤包括通过形貌图像技术处理第三图像。在第九实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像系统，其中形貌成像技术选自从明暗恢复形状、光度立体技术和傅里叶重叠关联调制技术。在第十实施例中，本专利技术提供对用于对样本表面进行成像的成像设备的改进，成像设备利用具有暗场通道和明场通道的BD物镜，BD物镜具有圆周。改进包括在暗场通道中设置挡光板，挡光板具有不允许光从中通过的主体以及允许光从中通过的暗场开口，使得主体阻挡照射光通过暗场通道朝向样本行进。开口限定了用于通过暗场通道朝向样本行进的照射光的通道，并且因此限定了从仅遍布圆周弧的离散方向通过暗场通道倾斜地照射样本的弧形照射光。在第十一实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像设备，其中所述弧为1度或更大到180度或更小。在第十二实施例中，本专利技术提供一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像设备，其中所述弧为2度或更大到5度或更小。在第十三实施例中，本专利技术提供了一种如在前述实施例中的任一项中所述的成像设备，其进一步包括对由所述成像设备获取的图像利用形貌成像技术的处理器。在第十四实施例中，本专利技术提供了一种如在前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用成像系统对样本的表面进行成像的方法，所述成像系统利用具有暗场通道和明场通道的BD物镜，所述BD物镜具有圆周，所述方法包括以下步骤：使用第一弧形照射光通过所述暗场通道倾斜地照射所述样本，所述第一弧形照射光遍布所述圆周的第一弧倾斜地照射所述样本，所述第一弧形照射光从所述样本的所述表面反射出来；以及从所述样本的所述表面反射出来的所述第一弧形照射光来记录所述样本的第一图像；以及通过形貌成像技术处理所述第一图像来生成所述样本的3D形貌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 US 62/063,5641.一种用于使用成像系统对样本的表面进行成像的方法，所述成像系统利用具有暗场通道和明场通道的BD物镜，所述BD物镜具有圆周，所述方法包括以下步骤：使用第一弧形照射光通过所述暗场通道倾斜地照射所述样本，所述第一弧形照射光遍布所述圆周的第一弧倾斜地照射所述样本，所述第一弧形照射光从所述样本的所述表面反射出来；以及从所述样本的所述表面反射出来的所述第一弧形照射光来记录所述样本的第一图像；以及通过形貌成像技术处理所述第一图像来生成所述样本的3D形貌。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一弧为从1度或更大到180度或更小。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一弧为从2度或更大到5度或更小。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：使用第二弧形照射光通过所述暗场通道倾斜地照射所述样本，所述第二弧形照射光遍布所述圆周的与所述第一弧不同的第二弧倾斜地照射所述样本，所述第二弧形照射光从所述样本表面反射出来；以及从所述样本表面反射出来的所述第二弧形照射光来记录所述样本的第二图像，其中生成3D形貌的所述步骤包括通过形貌成像技术处理所述第二图像。5.根据权利要求4所述的方法，其中所有所述倾斜照射步骤包括：在所述暗场通道中提供挡光板，所述挡光板具有不允许光从中通过的主体，以及允许光从中通过的在所述主体中的暗场开口，以及将到所述暗场通道中的照射光输送到所述挡光板并通过所述暗场开口，以提供倾斜照射所述样本的所述弧形照射光。6.根据权利要求5所述的方法，其包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·普特曼，J·B·普特曼，J·A·奥兰多，J·G·布尔曼，
申请(专利权)人：毫微光电子影像股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US