[发明专利]一种高精度显微物镜数值孔径的测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种液浸或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。

表面等离子体(Surface Plasmon,SP)是一种在金属与电介质的界面上传播的电磁波，当入射光的k矢量在平行于界面上的方向的分量与SP的k矢量匹配时，发生表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)。SPR有多重调制模式，当固定入射光的其他参数，仅调制入射光的入射角度，则只有当入射角达到SPR的最优激发角时才能最大化地激发出SPR。由于SPR是在金属表面传播，因此激发出的SPR被金属吸收并转为欧姆热，从而在该角度下反射光的反射系数达到最低。通过这一特性可以识别出SPR的激发(吸收)谱。显微物镜是一种常用的SPR激发工作，当其数值孔径大于SPR的最优激发角时，可以用于激发SPR。通过对显微物镜的后焦面即SPR吸收谱的图像识别，可以计算出显微物镜的数值孔径。本专利基于这一方法对显微物镜的数值孔径进行测量，实现了对显微物镜数值孔径的自动检测，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、SPR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为线偏振光时，可由线偏振光直接激发SPR；所述照明光源发出的光为径向偏振光时，可由径向偏振光直接激发SPR；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SPR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。

所述SPR标准样片由三层结构组成，分别是高折射率材料层，粘附层，能激发SPR的金属层，高折射率材料层厚度小于显微物镜的工作距离，粘附层厚度在0nm-5nm纳米，能激发SPR的金属层厚度在30nm-60nm之间，光束从高折射率材料层入射。所述SPR标准样片高折射率材料层面向照明光源，所述显微物镜的焦点在SPR标准样片高折射率材料层表面。

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SPR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、SPR吸收弧半径r_SP：

其中，NA表示显微物镜的数值孔径；n₀表示显微物镜与SPR标准样片间介质的折射率；r_SP表示显微物镜后焦面上成像的SPR吸收弧的半径；r_max表示显微物镜后焦面上成像的最大光圈的半径；θ_sp表示SPR标准样片的SPR激发角。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：降低了检测显微物镜NA数值的要求，能够更加精确的得到显微物镜NA的数值，并且可实现自动测量，给生产检测和使用评估都提供了极大的便利。

附图说明