[發明專利]大數值孔徑顯微物鏡波像差測量系統和測量方法

有效

• 申請號: 201811560793.7
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109580183B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 廖家勝;鞏巖;張帥
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 韓飛

本發明公開了一種大數值孔徑顯微物鏡波像差測量系統和測量方法，該系統包括激光器、準直擴束系統、中性濾光片、旋轉毛玻璃、第一分光鏡、第二分光鏡、波前傳感器、聚光鏡、光闌、光電倍增管、校準平面鏡及蓋玻片。本發明公開了一種非相干式測量顯微物鏡波像差的方法，本發明可適用于任意大數值孔徑(浸油/非浸油)顯微物鏡波像差測量；利用入射平行光束口徑大于顯微物鏡出瞳，能保證任意大數值孔徑顯微物鏡波像差測量；本發明采用非相干測量模式，可減少雜散條紋的影響，通過精確對焦功能，確保測量波像差無離焦因素影響，同時利用蓋玻片自身反射，測量的波像差與顯微物鏡設計及真實使用狀態一致，更能實現顯微物鏡的精準測量。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，特別涉及一種大數值孔徑顯微物鏡波像差測量系統和測量方法。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，顯微鏡的應用領域愈來愈廣。除了傳統的教學、科研、醫療和工業等應用領域外，在微電子制造、新材料研發、生命科學研究和新藥開發等領域都有新的應用。2014年諾貝爾化學獎授予美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾等三位科學家，以表彰他們為發展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻，該獎項的頒布進一步推動了顯微技術向超分辨領域的快速發展，也促進了高端顯微系統和儀器的研發。此外，生命科學和醫療健康行業在我國國民經濟中的地位日益突出，以顯微技術為基礎的數字化病理切片儀、二代基因測試儀等先進醫療成像及診斷儀器的需求日益增大。這些因素使古老的顯微技術換發了新的生機，顯微領域的技術也需隨時代而進步。顯微鏡系統最核心的部件是顯微物鏡，其作用相當于航空飛機的發動機。顯微物鏡的質量決定了顯微鏡系統的性能指標。

評價顯微物鏡成像質量最科學有效的方法是出瞳波像差測量，針對顯微物鏡波像差的測量，泰曼格林于20世紀提出四種基于泰曼格林干涉儀測量顯微物鏡波像差的方法(光學車間檢測一書中有詳細論述)，第一種利用凹面半球鏡，一束大于出瞳的測量光束經顯微物鏡會聚，再經凹面半球鏡共軛反射回去，這種方法對于長工作距、無蓋玻片、非浸油的顯微物鏡非常準確，但對于有蓋玻片、浸油的顯微物鏡，該方法適用性很差，一、半球鏡須浸油，很難保證油均勻；二、凹面鏡上面必須加蓋玻片，蓋玻片與物鏡之間還需浸油，極短工作距造成該種方式下共軛點非常難找，不具備實際操作性。第二種方法將凹面半球鏡變成凸面半球鏡，該種方法可以將蓋玻片和標準鏡集成至一起，理論上解決了第一種方法蓋玻片放置及油的不均勻性問題。但實際上對半球鏡的加工提出了更高地要求，除了面型外，還有中心厚度要求。此外這種方法也很難尋找共軛點，操作起來復雜。

第三種方法，利用平面鏡將測量光束反射回去，這種方法與帶蓋玻片顯微鏡真實波像差有差別，而且不易確定顯微物鏡焦平面。第四種方法需要一個參考顯微物鏡，參考顯微物鏡的數值孔徑必須大于被測量顯微物鏡的數值孔徑，測量方式有兩種，一種默認參考顯微物鏡的波像差為零，測量結果即為待測顯微物鏡的波像差，一般以一個標準的顯微物鏡作為參考物鏡，第二種通過三個顯微物鏡旋轉180度比較測量，獲得待測顯微物鏡的波像差，此方法對旋轉精度有很高要求，兩種測量方式的共軛點均不易尋找。

以上四種方法均建立在干涉的基礎上，其核心為泰曼格林干涉儀，通過測量光束與參考光束干涉條紋獲得顯微物鏡波像差，由于顯微物鏡本身內部含有多組鏡片，因此除主要干涉條紋外，還有一些雜光條紋，雜光條紋也對測量結果造成影響。