[发明专利]大数值孔径显微物镜波像差测量系统和测量方法

说明书

本发明公开了一种大数值孔径显微物镜波像差测量系统和测量方法，该系统包括激光器、准直扩束系统、中性滤光片、旋转毛玻璃、第一分光镜、第二分光镜、波前传感器、聚光镜、光阑、光电倍增管、校准平面镜及盖玻片。本发明公开了一种非相干式测量显微物镜波像差的方法，本发明可适用于任意大数值孔径(浸油/非浸油)显微物镜波像差测量；利用入射平行光束口径大于显微物镜出瞳，能保证任意大数值孔径显微物镜波像差测量；本发明采用非相干测量模式，可减少杂散条纹的影响，通过精确对焦功能，确保测量波像差无离焦因素影响，同时利用盖玻片自身反射，测量的波像差与显微物镜设计及真实使用状态一致，更能实现显微物镜的精准测量。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别涉及一种大数值孔径显微物镜波像差测量系统和测量方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，显微镜的应用领域愈来愈广。除了传统的教学、科研、医疗和工业等应用领域外，在微电子制造、新材料研发、生命科学研究和新药开发等领域都有新的应用。2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔等三位科学家，以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献，该奖项的颁布进一步推动了显微技术向超分辨领域的快速发展，也促进了高端显微系统和仪器的研发。此外，生命科学和医疗健康行业在我国国民经济中的地位日益突出，以显微技术为基础的数字化病理切片仪、二代基因测试仪等先进医疗成像及诊断仪器的需求日益增大。这些因素使古老的显微技术换发了新的生机，显微领域的技术也需随时代而进步。显微镜系统最核心的部件是显微物镜，其作用相当于航空飞机的发动机。显微物镜的质量决定了显微镜系统的性能指标。

评价显微物镜成像质量最科学有效的方法是出瞳波像差测量，针对显微物镜波像差的测量，泰曼格林于20世纪提出四种基于泰曼格林干涉仪测量显微物镜波像差的方法(光学车间检测一书中有详细论述)，第一种利用凹面半球镜，一束大于出瞳的测量光束经显微物镜会聚，再经凹面半球镜共轭反射回去，这种方法对于长工作距、无盖玻片、非浸油的显微物镜非常准确，但对于有盖玻片、浸油的显微物镜，该方法适用性很差，一、半球镜须浸油，很难保证油均匀；二、凹面镜上面必须加盖玻片，盖玻片与物镜之间还需浸油，极短工作距造成该种方式下共轭点非常难找，不具备实际操作性。第二种方法将凹面半球镜变成凸面半球镜，该种方法可以将盖玻片和标准镜集成至一起，理论上解决了第一种方法盖玻片放置及油的不均匀性问题。但实际上对半球镜的加工提出了更高地要求，除了面型外，还有中心厚度要求。此外这种方法也很难寻找共轭点，操作起来复杂。

第三种方法，利用平面镜将测量光束反射回去，这种方法与带盖玻片显微镜真实波像差有差别，而且不易确定显微物镜焦平面。第四种方法需要一个参考显微物镜，参考显微物镜的数值孔径必须大于被测量显微物镜的数值孔径，测量方式有两种，一种默认参考显微物镜的波像差为零，测量结果即为待测显微物镜的波像差，一般以一个标准的显微物镜作为参考物镜，第二种通过三个显微物镜旋转180度比较测量，获得待测显微物镜的波像差，此方法对旋转精度有很高要求，两种测量方式的共轭点均不易寻找。

以上四种方法均建立在干涉的基础上，其核心为泰曼格林干涉仪，通过测量光束与参考光束干涉条纹获得显微物镜波像差，由于显微物镜本身内部含有多组镜片，因此除主要干涉条纹外，还有一些杂光条纹，杂光条纹也对测量结果造成影响。