[发明专利]一种基于全反射的显微物镜数值孔径测量方法及系统

说明书

一种基于全反射的显微物镜数值孔径测量方法及系统，涉及光学领域，尤其涉及测量液浸及固浸显微物镜数值孔径。它为了解决目前测量液浸及固浸显微物镜数值孔径操作繁琐，测量准确度不够高等问题。所述方法包括：光束从液浸或固浸显微物镜入射后聚焦在标准样片上，反射光在后焦面上形成带有全反射吸收弧的图谱，全反射吸收弧为圆形。通过计算图谱上全反射吸收弧的位置及半径，可测量出液浸或固浸显微物镜的数值孔径。所述装置使用照明光源发出光束，通过液浸或固浸显微物镜聚焦在标准样片上，反射光经过显微物镜出射，在探测器上成像，获得后焦面的像。本发明通过图像探测和识别，能够实现液浸或固浸显微物镜数值孔径的高精度测量。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种液浸及固浸显微物镜数值孔径的测量系统及其测量方法。

背景技术

随着显微技术的发展及应用，显微物镜的应用越来广泛，而显微物镜数值孔径的检测精度要求越来越高。

目前测定物镜的数值孔径主要是使用数值孔径计，测量时主要使用人眼进行观察，调节数值孔径计上十字线交点与所观察到的圆斑相切，然后读取数据。整个操作过程都是测量人员在完成，相对而言对测量人员的要求比较高，并且测量的精度也比较差，特别是测量较高NA的物镜时，需要借助辅助物镜，操作较为复杂，难以实现自动检测，给生产和使用造成了极大的不便。

本发明提出使用全反射来测量显微物镜的数值孔径，通过显微物镜后的激光能够聚焦到标准样片表面，当激光入射角较小时，不发生全反射，反射光振幅较小，当激光入射角大于一定角度时，发生全反射，反射光振幅较大。对后焦面成像获取的图片上可得到最大光圈半径和发生全反射的光圈半径，由此可以计算出显微物镜的数值孔径。这极大的减少了对人工操作的依赖，降低了测量要求，提高了测量精度，对显微物镜的生产检测和使用评估都提供了极大的便利。

发明内容

(一)要解决的技术问题

目前测定物镜的数值孔径主要是人工操作数值孔径计，对测量人员的要求较高，且操作复杂、精度难以保证，为解决这一问题，本专利提出一种新的数值孔径测量方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度的显微物镜数值孔径的非机械式检测系统，其特征在于，包括：

照明光源、分光镜、显微物镜、标准样片，所述照明光源的发射孔中心轴线和显微物镜中心轴线共线；以及

设置在分光镜下侧的成像光路，该成像光路包括一号透镜、二号透镜和探测器，所述一号透镜、二号透镜共轴，所述一号透镜和二号透镜之间的距离是两者焦距之和，所述一号透镜、二号透镜的中心轴线与分光镜所在平面成45度，所述显微物镜后焦面和探测器感光面关于一号透镜和二号透镜共轭。

所述照明光源发出的光束横截面直径大于或等于显微物镜的通光孔径；所述照明光源发出的光束和分光镜所在平面成45度；所述照明光源发出的光束中心轴线与显微物镜中心轴线共线；所述照明光源发出的光束经标准样片反射后，再经过分光镜反射后，经过一号透镜和二号透镜的中心轴线，最后垂直射在探测器感光面上。

本发明还提供了一种高精度显微物镜数值孔径的自动检测方法，其包括：

光束从显微物镜入射后聚焦在标准样片上，反射光在显微物镜后焦面成像，图像传感器上可获得后焦面上像的最大光圈半径r_max、全反射吸收光圈半径r_TIR：