相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年10月14日提交的美國臨時專利申請no.62/063,564的權益，其通過引用并入本文。

本發(fā)明總體涉及成像技術和設備。在特定實施例中，本發(fā)明涉及形貌成像技術。在特定實施例中，本發(fā)明涉及利用明場/暗場物鏡的成像設備，以及通過在暗場通道中利用擋光板對此類設備進行的改進。

背景技術：

用于創(chuàng)建3d形貌的標準技術包括觸針儀器、輪廓儀、超聲換能器和激光三角測量等。從明暗恢復形狀(sfs)和光度立體技術(pms)已經(jīng)用于通過使用一個或多個光源2、3照射樣本1來創(chuàng)建形貌，光源2、3將傾斜光4、5以從5度至85度并且更通常從25度至75度的角度引導朝向樣本1，如圖1概括地表示的。傾斜照射從物體的表面s作為反射光6反射，并且被圖像傳感器(未示出)諸如數(shù)字相機7的ccd或cmos傳感器捕獲。光源移動到圍繞物體周向定位的不同位置，其中在這些不同位置獲取圖像。這些圖像用于通過已知的方式利用適當?shù)?一個或多個)處理器8來計算樣本1的形貌。

利用明場和暗場功能的標準反射光顯微鏡在圖2和圖3中示出。在該示例中，顯微鏡10配備有相機12。也可以存在目鏡，使得數(shù)字12廣泛地表示目鏡和/或相機。雖然以下描述將是指反射光顯微鏡，但是類似的技術也適用于使用明場/暗場顯微鏡物鏡的透射光學顯微鏡或儀器。在下面的描述中將參考反射光顯微鏡10，但是該技術可以應用于使用明場/暗場物鏡的任何成像系統(tǒng)。系統(tǒng)通常由提供光24的光源14、垂直照射器16、明場/暗場(bd)開關18以及bd物鏡20組成。美國專利us3930713和us4687304描述了bd物鏡。在標準bd物鏡20中，設置兩個通道以將光引導到樣本1。光24被引導到反射鏡25，反射鏡25使光24向下通過垂直照射器16、換鏡旋座28和bd物鏡20朝向樣本1反射。如示意性所示，bd開關18用于限制光24通過由屏蔽壁21分隔開的明場通道22或暗場通道26。如圖2所示，在bd開關18處于明場位置的情況下，光24被限制為從反射鏡25反射進入明場通道22的光束，明場通道22以垂直于樣本1的平面的角度(90度)引導照射光24'通過bd物鏡20朝向樣本1的表面s，并且允許反射光30傳遞到目鏡或相機12。如圖3所示，當bd開關18處于暗場位置時，光24被限制為從反射鏡25反射進入暗場通道26的環(huán)形光束，暗場通道26是以小于90度并且通常為25度至75度的角度引導照射光24"朝向樣本的環(huán)形通道。

從圖2中可以看出，明場中的光路(照射光24')通過換鏡旋座28的中心并通過bd物鏡20的明場通道22投射。反射光30通過明場通道22通過換鏡旋座28和管透鏡32被反射回，并且受任何目鏡影響和/或由相機12捕獲。在此可以看出，明場中的照射光24'與樣本1的表面s成90度，并且測量的反射光30平行于照射光24'但是在相反的方向中行進。投射的照射光24'照射整個視場。

圖3示出暗場模式下的顯微鏡10。在此，光24被暗場開關18阻擋，使得光不通過明場通道22，而是作為照射光24"被引導通過暗場通道26。這產(chǎn)生以由物鏡20的設計和暗場通道26的壁確定的傾斜角度向樣本1突出的環(huán)形光束(或者換句話說為空心圓柱體或環(huán)形圓柱體)。如已知的，bd物鏡將具有內置在物鏡中的反射鏡和/或棱鏡和/或光擴散器以引導傾斜光。照射光24"從樣本1的表面s反射出來，并且反射光30向上從明場通道行進到目鏡或相機12。投射的暗場照射光24"從物鏡的整個周邊(360度)照射整個視場。

在明場成像中，可以看出，攝入樣本1的至少一部分的視場f由直接90度照射填充(入射照射光24'與樣本1的一般靜息平面正交)，而在暗場成像中，通過傾斜照射(入射照射光24"與樣本1的一般靜息平面成傾斜角度)填充視場f。暗場照射遍布bd物鏡20的360度圓周均勻分布。

技術實現(xiàn)要素：

在第一實施例中，本發(fā)明提供了一種用于使用成像系統(tǒng)對樣本的表面進行成像的方法，成像系統(tǒng)利用具有暗場通道和明場通道的bd物鏡，bd物鏡具有圓周，該方法包括如下步驟：使用第一弧形照射光通過暗場通道傾斜地照射樣本，第一弧形照射光遍布圓周的第一弧傾斜地照射樣本，所述第一弧形照射光從樣本表面反射出來；從樣本表面反射出來的第一弧形照射光記錄樣本的第一圖像；以及通過形貌成像技術處理第一圖像來生成樣本的3d形貌。

在第二實施例中，本發(fā)明提供了如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其中第一弧為1度或更大到180度或更小。

在第三實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一弧為2度更大到5度或更小。

在第四實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其進一步包括以下步驟：使用第二弧形照射光通過暗場通道傾斜地照射樣本，第二弧形照射光傾遍布圓周的不同于所述第一弧的第二弧傾斜地照射樣本，所述第二弧形照射光從樣本的表面反射出來；以及從樣本表面反射出來的第二弧形照射光記錄樣本的第二圖像，其中生成3d形貌的所述步驟包括通過形貌圖像技術處理第二圖像。

在第五實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其中所有所述傾斜照射步驟包括：在暗場通道中提供擋光板，擋光板具有不允許光從中通過其中的主體，以及允許光從中通過的在主體中的暗場開口，并且將到暗場通道中的照射光輸送到擋光板并通過暗場開口，以提供傾斜地照射樣本的弧形照射光。

在第六實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，包括處理器控制任何所述傾斜照射步驟的傾斜照射并控制任何圖像記錄步驟。

在第七實施例中，本發(fā)明提供了如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其中處理器控制生成3d形貌的所述步驟。

在第八實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，包括以下步驟：使用明場照射光通過明場通道正交地照射樣本，所述明場照射光從樣本表面反射出來；以及從樣本表面反射出來的明場照射光記錄樣本的第三圖像，其中生成3d形貌的所述步驟包括通過形貌圖像技術處理第三圖像。

在第九實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像系統(tǒng)，其中形貌成像技術選自從明暗恢復形狀、光度立體技術和傅里葉重疊關聯(lián)調制技術。

在第十實施例中，本發(fā)明提供對用于對樣本表面進行成像的成像設備的改進，成像設備利用具有暗場通道和明場通道的bd物鏡，bd物鏡具有圓周。改進包括在暗場通道中設置擋光板，擋光板具有不允許光從中通過的主體以及允許光從中通過的暗場開口，使得主體阻擋照射光通過暗場通道朝向樣本行進。開口限定了用于通過暗場通道朝向樣本行進的照射光的通道，并且因此限定了從僅遍布圓周弧的離散方向通過暗場通道傾斜地照射樣本的弧形照射光。

在第十一實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像設備，其中所述弧為1度或更大到180度或更小。

在第十二實施例中，本發(fā)明提供一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像設備，其中所述弧為2度或更大到5度或更小。

在第十三實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像設備，其進一步包括對由所述成像設備獲取的圖像利用形貌成像技術的處理器。

在第十四實施例中，本發(fā)明提供了一種如在前述實施例中的任一項中所述的成像設備，其中所述擋光板旋轉以便允許所述開口放置在所述圓周周圍的可變位置處。

附圖說明

圖1是用于通過相機進行記錄的樣本的傾斜照射的現(xiàn)有技術方法和設備的示意圖；

圖2是以明場成像模式示出的現(xiàn)有技術的明場/暗場顯微鏡的示意圖；

圖3是以暗場成像模式示出的現(xiàn)有技術的明場/暗場顯微鏡的示意圖；

圖4是以明場成像模式示出的根據(jù)本發(fā)明的明場/暗場顯微鏡的示意圖；

圖5是以暗場成像模式示出的根據(jù)本發(fā)明的明場/暗場顯微鏡的示意圖；

圖6是本發(fā)明的擋光板的實施例的俯視圖；

圖7是本發(fā)明的擋光板的實施例的側視圖。

圖8a是本發(fā)明的擋光板的另一實施例的示意圖，其示出了提供多個插塞以選擇性地覆蓋和露出其中的兩個開口的插塞單元，其中插塞移動以露出左側的開口并覆蓋右側的開口；

圖8b是圖8a的擋光板的實施例的示意圖，但是插塞移動以露出右側的開口并覆蓋左側的開口；

圖9a是本發(fā)明的擋光板的另一實施例的示意圖，其示出了其中具有多個開口的主體，每個開口具有其自己的單獨致動的插塞，單獨致動的插塞被致動以打開或關閉其相關聯(lián)的開口；以及

圖9a是圖9a的擋光板實施例的示意圖，但是示出了通過相關聯(lián)的插塞的移動打開的不同開口。

具體實施方式

本發(fā)明使用bd物鏡來修改標準bd顯微鏡或其他儀器，使得在明場中，bd物鏡正常地透射光并如上所述。在暗場中，透射通過暗場通道的光受到限制，使得暗場照射未遍布bd物鏡的整個360度圓周，而是僅遍布圓周的一部分。

參考圖4和5，根據(jù)本發(fā)明的利用明場和暗場功能的顯微鏡被示出并由數(shù)字110表示。在該實施例中，顯微鏡110配備有相機112。也可以存在目鏡，使得112廣泛地表示目鏡和/或相機。雖然以下描述將涉及反射光顯微鏡，但是類似的技術也適用于使用bd物鏡的透射光顯微鏡或其他儀器。系統(tǒng)通常由提供光124的光源114、垂直照射器116(光導)、明場/暗場(bd)開關118和bd物鏡120組成。如在標準bd物鏡20中一樣，提供兩個通道將光引導到樣本1。光124被引導到反射鏡125，反射鏡125使光124向下通過垂直照射器116、換鏡旋座128和bd物鏡120朝向樣本1反射。

如示意性所示，bd開關118用于限制光124通過由屏蔽壁121分隔開的明場通道122(圖4)或暗場通道126(圖5)。在bd開關118處于如圖4所示的明場位置的情況下，光124被限制為從反射鏡125反射出來作為照射光124'進入明場通道122的光束，明場通道122以垂直于樣本1的平面的角度(90度)引導照射光124'通過bd物鏡120朝向樣本1的表面s，并且允許反射光130傳遞到目鏡或相機112。如圖5a所示，當bd開關118處于暗場位置時，光124被限制為從反射鏡125反射出來進入暗場通道126的環(huán)形光束，暗場通道126是以小于90度并且通常為25度至75度的角度引導從中通過的光朝向樣本的環(huán)形通道。

在一些實施例中，暗場通道126以小于90度的角度引導照射光朝向樣本，在其他實施例中，小于80度，在其他實施例中，小于70度，在其他實施例中，小于80度，在其他實施例中，小于70度，在其他實施例中，小于60度，在其他實施例中，小于50度，在其他實施例中，小于40度，并且在其他實施例中，小于30度。在一些實施例中，暗場通道126以大于20度的角度將照射光引導朝向樣本，在其他實施例中，大于30度；在其他實施例中，大于40度；在其他實施例中，大于50度。

物鏡的遠端與樣本之間的距離稱為工作距離(參見圖5a)。在一些實施例中，工作距離為從0.05mm或更大至40mm或更小。在一些實施例中，工作距離為從0.7mm或更大至30mm或更小，并且在其他實施例中為從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，并且在其他實施例中，為1mm或更小。

在一些實施例中，bd物鏡20的視場小于10mm。在一些實施例中，bd物鏡的視場小于5mm，在其他實施例中，小于2mm，在其他實施例中，小于1mm，在其他實施例中，小于500μm，在其他實施例中，小于200μm，在其他實施例中，小于100μm，在其他實施例中，小于50μm。

當以例如小于10μm的大小觀察微觀樣本時，根據(jù)物鏡的工作距離，顯微鏡物鏡距樣本表面的距離通常小于5mm。例如，50x物鏡的典型工作距離wd小于2mm，并且對于100x物鏡，工作距離通常為1mm或更小。物鏡的物理外直徑通常在20mm至50mm之間。作為示例，在直徑為20mm的樣本和wd為5mm的情況下，從表面投射出來的光的角度將為大約為26度。在更可能的wd為1mm的情況下，投射在樣本上的光的角度將為6度。光度立體技術最佳地使用成30度至80度的照射。然而，在大多數(shù)顯微鏡用例中，由于傾斜照射的低入射，使用光度立體技術或需要傾斜照明的其他成像技術不可能確定樣本的形貌。

本發(fā)明使用物鏡的暗場通道將光引導到樣本的表面上。這允許光源更靠近垂直照射軸。在上述標準照射中，光必須在物鏡的半徑之外。暗場通道的使用允許光源在樣本的半徑內，并且基本上與光路相鄰。與垂直軸的距離現(xiàn)在可以近似等于wd，從而允許照射角度為45度。該角度可以隨著物鏡的設計而略微變化，但通常在25度至75度的范圍內。因此，根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)實現(xiàn)了傾斜照射角度，盡管在許多應用中需要非常緊湊的工作距離。本文教導的方法可以用于確定顯微鏡應用中不能通過標準方法實現(xiàn)的形貌。

從圖4中可以看出，明場中的光路(照射光124')投射通過換鏡旋座128的中心并通過bd物鏡120的明場通道122。反射光130通過明場通道122、換鏡旋座128和管透鏡132被反射回，并且受任何目鏡影響和/或由相機112捕獲。在此可以看出，明場中的照射光124'與樣本1的一般靜息平面成90度，并且測量的反射光130平行于照射光124'但是在相反的方向中行進。圖4示出樣本1和投射到樣本1上的明場照射光124'的示意性橫截面圖。投射的明場照射光124'照射整個視場。

圖5示出了暗場模式中的顯微鏡110。在此，光124被暗場開關118阻擋，使得光不通過明場通道122，而是作為照射光124″被引導通過暗場通道126。與現(xiàn)有技術的圖3的實施例一樣，光124的這種阻擋產(chǎn)生從反射鏡125反射出來并朝向樣本1投射的光的環(huán)形光束(或者換句話說為中空圓柱體或環(huán)形圓柱體)。然而，優(yōu)于現(xiàn)有技術的是，照射光124″的該環(huán)形光束的整體不會以由物鏡120的設計和暗視場通道126的壁確定的傾斜角度到達樣本。相反，只有小于bd物鏡的整個360度圓周的光的一部分作為弧形照射光124*被向下輸送到暗場通道以到達樣本。該弧形照射光124*仍然照射整個視場，但是不是從物鏡的整個360度圓周這樣做，而是從有限度數(shù)(或弧分)的離散方向，即僅僅從圓周的一部分這樣做。在其他實施例中，弧形照射光124*的暗場投射從有限度數(shù)(或弧分)的離散方向照射整個視場，并且暗場照射沒有任何將干擾由傾斜引入的弧形照射光124*引起的表面陰影的附加照射。這通過將擋光板140定位在照射光124″的路徑中來實現(xiàn)。

在一些實施例中，諸如圖6中所示的實施例，擋光板140具有其中具有暗場開口144的主體142，使得不需要的照射光124″被阻擋，而期望的弧形照射光124*遍布小于在現(xiàn)有技術中實踐的整個360度圓周穿過開口以朝向樣本1投射。擋光板140的主體142不使照射光124″穿過，而暗場開口144簡單地限定用于照射光124″的開口路徑，然后，照射光124″被限定為在通過穿過擋光板開口144被限制之后的弧形照射光124*。擋光板140還限定用于明場通道122和照射光124'的明場開口146以及無論是來自明場照射還是來自暗場照射的所有反射光。

圖5示出了樣本1和投射到樣本1上的弧形照射光124*的示意性橫截面圖。投射的弧形照射光124*照射整個視場，但以傾斜角度并從離散的位置照射。參考回圖5，可以看出，只有暗場通道126的左側被示出具有行進穿過其中的弧形照射光124*，因為這反映了暗場開口144在擋光板140中的位置。照射因此來自該方向，并且以傾斜角度橫跨整個視場照射。

在一些實施例中，擋光板140固定在換鏡旋座128中。在其他實施例中，擋光板140固定在垂直照射器116中。應當理解，也可以以其他方式諸如在bd物鏡120中實現(xiàn)擋光板140及和本文相關的概念。

在一些實施例中，諸如圖5a中的實施例，擋光板140安裝在換鏡旋座128中，并且固定到軸承殼體148，軸承殼體148固定到換鏡旋座128，而不會妨礙暗場通道126和行進穿過其中的光，即，可期望光不受軸承殼體148侵入暗場通道126中的影響。軸承殼體148包括軸承150，軸承150允許擋光板140旋轉以將暗場開口144定位在圍繞bd物鏡120的圓周的期望位置處，從而限定朝向樣本1投射的弧形照射光124*。旋轉在圖6中由雙頭箭頭a可視表示。

在一些實施例中，驅動器152用于旋轉擋光板140以將暗場開口144放置在期望的位置。在一些實施例中，驅動器152是通過皮帶154與擋光板140相互作用的馬達，但是可以利用傳動裝置和其他相互作用。應當理解，驅動器152還可以是手動操縱的驅動器，諸如齒輪傳動的或帶式的或以其他方式與擋光板140相關聯(lián)的輪子或旋鈕，以使擋光板140旋轉。

在一些實施例中，傳感器156在適當?shù)奈恢锰幇惭b到顯微鏡110，以識別擋光板140的零位置。當傳感器與擋光板140上的參考元件158對準時，顯微鏡110上的傳感器156將識別零位置。零位置建立擋光板140的且更具體地在其中的暗場開口144的已知起始位置，并且該已知的起始位置用于對成像進行索引，使得由相機112記錄的每個圖像相對于樣本具有與其相關聯(lián)的已知照明位置。

相機可以是在成像系統(tǒng)中有用的任何相機，并且特別用于對旨在用于形貌分析的樣本成像。這些相機將經(jīng)常采用ccd或cmos傳感器。

應當理解，可以以已知的方式來實現(xiàn)對顯微鏡的所有元件的控制，通常采用通過各種硬件和/或軟件和/或固件來實現(xiàn)的一些或全部控制裝置，這些硬件和/或軟件和/或固件在本文中被表示和指定為處理器170。可以使用一個或多個處理器，并且可以使用各種硬件諸如操縱桿、繼電器、開關等。處理器170可以記錄從相機獲取的圖像，并用適當?shù)乃惴▽ζ溥M行編程，以分析一個或多個圖像并重新創(chuàng)建被成像的樣本的一部分的形貌圖像。

對于由處理器170實現(xiàn)的形貌成像技術，使入射的傾斜光相對于物鏡圓周的定位與特定圖像相關聯(lián)通常是有必要的或至少是有用的。由傾斜光產(chǎn)生的陰影取決于入射光相對于圓周的位置，并且建立零位置有助于自動化用于獲取多個圖像和基于這些多個圖像來計算拓撲圖的過程。一旦建立零位置，處理器和相關聯(lián)硬件和/或固件和/或軟件可以執(zhí)行以下自動化過程：從圍繞圓周第一位置提供傾斜照射，獲取圖像并收集圖像數(shù)據(jù)并使圖像數(shù)據(jù)與來自第一位置的照射相關聯(lián)，然后從圍繞圓周的第二位置提供傾斜照射，獲取圖像并收集圖像數(shù)據(jù)并使圖像數(shù)據(jù)與來自第二位置的位置數(shù)據(jù)的照射相關聯(lián)；根據(jù)需要重復該過程，以從期望數(shù)量的照射位置獲得期望數(shù)量的成像數(shù)據(jù)集。在一些實施例中，傳感器156是光學接近傳感器，其中當傳感器156和參考元件158對準時，由傳感器156照射的光被擋光板140上的參考元件158阻擋。在其他實施例中，傳感器156為磁位置傳感器，其通過感測用作參考元件的磁體來工作。機械限位開關和霍爾效應傳感器是其他示例。

在一些實施例中，諸如圖7的實施例，擋光板140具有線軸狀形狀，其具有帶有分離側壁164的兩個相對的壁160、162。皮帶諸如皮帶154(或傳動裝置或其他驅動機構)可以接合側壁164以驅動擋光板140。

在一些實施例中，諸如圖8a和8b所示的實施例，擋光板240具有在暗場開口244a和244b處表示的多個開口，但是考慮到明顯的大小限制，可以利用任何數(shù)量的開口。暗場開口244a、244b結合到擋光板的主體242的周邊，使得可移動插塞245a和245b可用于選擇性地阻擋相應的暗場開口244a、244b。在圖8a的實施例中，暗場開口244a和244b彼此相對，并且可移動插塞245a和245b結合，從而形成插塞單元247，使得當可移動插塞245b阻擋暗場開口244b時，可移動插塞245a從暗場開口244a(如圖8a中所示)移除，反之亦然(如圖8b所示)。這允許光通過期望的暗場開口244a、244b，從而提供弧形照射光124*，并且還允許通過切換插塞單元247的定位來快速切換弧形照射光124*的定位?？梢岳斫?，可以采用多個狹縫和可移動插塞，并且每個插塞可以具有它自己的與在圖8a和8b的本示例性實施例中建立的共同控制相反的控制。

在另一實施例中，諸如圖9a和9b所示的實施例，擋光板340具有圍繞擋光板的主體242的圓周間隔60度的六個暗場開口344a、344b、344c、344d、344e和344f?？梢蕴娲厥褂萌魏纹谕臄?shù)量和位置。暗場開口344a至344f結合到擋光板340的主體342的周邊，使得可移動插塞345a、345b、345c、345d、345e和345f可用于選擇性地阻擋相應的暗場開口344a至344f。在該實施例中，可移動插塞345a至345f可以各自獨立地致動以阻擋相應的開口。為可視地表示選擇性運動，所示插塞345a從其在圖9a中的開口344a移除，但所有其他插塞就位以阻擋它們相應的開口，而在圖9b中，所示插塞345b從其開口344b移除，其中所有其他插塞就位以阻擋它們相應的開口。

在一些實施例中，此類插塞可以通過線性致動器、螺線管、偏心件或任何其他已知的運動控制方法來移動。使用線性致動器349a、349b、349c、349d、349f。

在任何實施例中，弧形照射光124*的大小可以基于實現(xiàn)的結果和期望的結果根據(jù)需要而變化。這需要選擇暗場開口144(或244a、244b)的尺寸。在一些實施例中，弧形照射光124*的范圍為從1度或更大至180度或更小(60弧分或更大至10,800弧分或更小)。在其他實施例中，弧形照射光124*的范圍為從45度或更大至120度或更小(2,700弧分或更大至7,200弧分或更小)，在其他實施例中，為從30度或更大至45度或更小(1,800弧分或更大至2,700弧分或更小)，在其他實施例中，為從10度或更大至30度或更小(600弧分或更大至1,800弧分或更小)，在其他實施例中，為從5度或更大至10度或更小(300弧分或更大至600弧分或更小)，并且在其他實施例中，為從2度或更大至5度或更小(120弧分或更大至300弧分或更小)?；⌒握丈涔獾拇笮∪Q于暗場開口144相對于與其連通的環(huán)形暗場通道126的弧的大小。

本發(fā)明的另一方面是使用上述傾斜照明的bd顯微鏡來通過使用擋光板140從圍繞bd物鏡120的360度圓周的不同位置獲取用弧形照射光124*傾斜照射的樣本1的多個圖像，并且根據(jù)形貌圖像技術處理來自那些圖像的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建3d形貌。形貌成像技術的選擇不限于任何特定的技術，而是在一些實施例中，選自從明暗恢復形狀、光度立體技術和傅立葉重疊關聯(lián)調制技術。處理器170從相機112接收成像數(shù)據(jù)，并且通過一種或多種形貌成像技術編程，以生成用于創(chuàng)建被成像的樣本1的區(qū)域的形貌表示的數(shù)據(jù)。這在輸出172處被表示。在已知弧形照射光的大小、數(shù)量和位置，傾斜照射的角度的情況下，使用已知技術諸如從明暗恢復形狀、光度立體算法和傅里葉重疊關聯(lián)調制算法可以生成3d形貌。

在一些形貌成像技術諸如從明暗恢復形狀(sfs)中，從在單個位置處的弧形照射光生成的單個傾斜照射的樣本圖像可以足以生成形貌數(shù)據(jù)和圖像。在其他形貌成像技術諸如光度立體技術中，從兩個位置處的弧形照射光生成的至少兩個傾斜照射的樣本圖像可以足以生成形貌數(shù)據(jù)和圖像。在其他形貌成像技術諸如傅立葉重疊關聯(lián)調制中，需要從兩個位置處的弧形照射光生成的至少兩個傾斜照射樣本圖像加上來自明場照射的圖像來生成形貌數(shù)據(jù)，并且10個或更多個傾斜照射的樣本圖像將提供甚至更好的數(shù)據(jù)用于傅里葉重疊關聯(lián)調制。該領域中的現(xiàn)有算法和尚未開發(fā)的算法將為普通技術人員提供有關所需圖像類型的數(shù)量的知識。本發(fā)明不發(fā)明或改變算法，而是提供允許算法實現(xiàn)的方法和設備。

應當理解，在一些實施例中，處理器170(其再次表示任何數(shù)量的適當處理器、硬件、軟件、固件)使對擋光板、照射、圖像采集和形貌數(shù)據(jù)和/或圖像的生成的控制自動化。

因此，本發(fā)明提供了使用成像系統(tǒng)對樣本成像的方法，成像系統(tǒng)利用具有暗場通道和明場通道的bd物鏡，并且圍繞待成像的樣本限定圓周。該方法包括：使用第一弧形照射光通過暗場通道傾斜地照射樣本，第一弧形照射光遍布圓周的第一弧傾斜地照射樣本；并且從樣本的表面反射出來的第一弧形照射光獲取提供樣本的第一圖像數(shù)據(jù)集的第一圖像。在一些實施例中，該方法進一步包括通過形貌圖像技術處理第一數(shù)據(jù)來生成樣本的3d形貌。在一些實施例中，如上所述為弧形照射光124*選擇弧的大小。

在其他實施例中，該方法包括：用第二弧形照射光通過暗場通道傾斜照射樣本，該第二弧形照射光遍布bd物鏡的圓周的不同于所述第一弧的第二弧傾斜地照射樣本；并且從樣本的表面反射出來的第二弧形照射光獲取提供樣本的第二圖像數(shù)據(jù)集的第二圖像。在其他實施例中，該方法進一步包括用明場照射光通過明場通道照射樣本，并從樣本表面反射出來的明場照射光獲取樣本的第三圖像。在其他實施例中，該方法進一步包括對于產(chǎn)生n個圖像數(shù)據(jù)集的任何n個圖像，重復所述傾斜照射步驟和所述獲取圖像步驟。在其他實施例中，n為從2至12，在其他實施例中從為3至9，在其他實施例中為從4至7，并且在其他實施例中為6。

在其他實施例中，所述傾斜照射步驟包括：在暗場通道中提供擋光板，擋光板具有不允許光從中通過的主體，以及允許光從中通過的在主體中的暗場開口；并且將到暗場通道中的照射光輸送到擋光板并通過暗場開口，以提供傾斜照射樣本的弧形照射光。

在其他實施例中，該方法包括控制任何所述傾斜照射步驟的傾斜照射并控制任何所述圖像獲取步驟的處理器和關聯(lián)硬件和/或固件和/或軟件。在其他實施例中，相同或不同的處理器和關聯(lián)硬件和/或固件和/或軟件控制生成3d形貌的所述步驟。

在一些實施例中，擋光板140可以保持靜止以允許從單個位置捕獲圖像。在一些實施例中，擋光板140可以旋轉以允許在暗場開口144的已知的、特定位置處捕獲多個圖像。在一些實施例中，擋光板(諸如擋光板240)將具有多個開口和插塞，其中插塞被順序地操縱以打開用于弧形照射光124*的路徑。在一些實施例中，這些位置通常是對稱的，諸如間隔180度捕獲兩個圖像；間隔120度捕獲的三個圖像，間隔60度捕獲六個圖像等。應當理解，這些測量將使每個弧形照射的每個弧的中點作為參考點，并且從中點到中點進行測量。應當理解，本發(fā)明允許使用暗場傾斜光捕獲一個或多個圖像，并且仍然允許以90度捕獲明場圖像。

鑒于上述內容，應當理解，本發(fā)明通過提供以多種方式在結構和功能上改進的成像系統(tǒng)和形貌成像方法顯著地促進了本領域的技術。盡管在本文中已經(jīng)詳細公開了本發(fā)明的具體實施例，但是應當理解，本發(fā)明不限于此，因為本領域普通技術人員容易地理解本發(fā)明的變型。從隨附權利要求可以理解本發(fā)明的范圍。