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Ein in-situ Verfahren zur Bestimmung der numerischen Aperturen (NA) der Beleuchtung und der Abbildung optischer Mikroskope

27.01.2023

An der PTB wurde ein neues in-situ Verfahren für die gleichzeitige Bestimmung der Beleuchtungs-, und Abbildungs-NA von optischen Mikroskopen entwickelt. Damit ist es erstmalig gelungen beide NA-Werte gleichzeitig und in einem Aufbau zu bestimmen, womit sich dieses Verfahren deutlich von konkurrierenden Verfahren abgrenzen kann. Die Information über die beiden NA-Werte definiert die Abbildungs- und Kohärenzeigenschaften des untersuchten Systems und wird beispielsweise für rigorose Simulationen benötigt. Die dazugehörige Publikation ist nun bei Applied Optics (OPTICA Publishing Group) veröffentlicht.


Weitere Informationen unter:

Jan Krüger, Detlef Bergmann, Rainer Köning, Bernd Bodermann, and Eberhard Manske, "In situ, back-focal-plane-based determination of the numerical apertures in optical microscopes," Appl. Opt. 62, 756-763 (2023), https://doi.org/10.1364/AO.472223


Kontakt:

FB 4.2 Bild- und Wellenoptik
J. Krüger (AG 4.23 Optische Nanometrologie),
E-Mail: jan.krueger(at)ptb.de, Tel. 0531-592-4234,

B. Bodermann (AG-Leitung 4.23 Optische Nanometrologie),
E-Mail: bernd.bodermann(at)ptb.de,Tel. 0531-592-4222


Abstract:

In this contribution, we present a technique for in situ determination of the numerical apertures (NAs) of optical microscopes using calibrated diffraction gratings. Many commonly practiced procedures use an external setup to determine the objective and condenser NAs. However, these values may become modified in the used microscope systems, e.g., by system intrinsic apertures. Therefore, in our improved technique, determination of the imaging NA is conducted in situ within the corresponding microscope at hand. Furthermore, the method has been extended to yield the microscope’s illumination NA as well. In total, we tested this procedure for determination of the imaging NA for four different microscope objectives with nominal values of 0.55 and 0.9, together with the illumination NAs for four different circular aperture diaphragms with diameters between 10 µm and 500 µm using several gratings of different pitches. All determined NA values agree essentially with their nominal values within their experimental uncertainties, but the uncertainties have been reduced by typically an order of magnitude as compared with the manufacturer’s specifications.

Figure 1: Illustration of the optical illumination path in an ideal reflected light microscope (Köhler illumination) and the two measurements required for the NA determination method.