與傳統(tǒng)透鏡相似米罚，微透鏡陣列系統(tǒng)中，焦距是其關(guān)鍵的光學(xué)參數(shù)丈探，焦距的精密檢測直接影響以微透鏡陣列作為重要構(gòu)件的光學(xué)系統(tǒng)的檢測和安裝精度录择。微透鏡陣列的廣泛應(yīng)用使得人們對(duì)微透鏡陣列的要求日益提高，由于集成化和微型化要求碗降，微透鏡陣列的子孔徑尺寸越來越小隘竭，相比較傳統(tǒng)透鏡，需要較高的定焦精度以完成微透鏡陣列的焦距測量讼渊。對(duì)焦距的檢測雖然從最初利用顯微鏡和千分表測量發(fā)展到干涉儀等先進(jìn)儀器檢測动看，但其檢測精度和效率受到限制使得微透鏡陣列焦距仍處于不成熟階段。 本文主要介紹了近年來微透鏡陣列焦距測量的一些主要測量方法及特點(diǎn)爪幻。
微透鏡陣列焦距檢測方法
1，千分尺測量法
西安工業(yè)大學(xué)通過透鏡焦距和透鏡鏡面半徑的理論關(guān)系仇轻，利用顯微鏡測量微透鏡陣列子單元的直徑并用千分尺測量矢高京痢，從而完成焦距的測量，圖 1-1所示篷店。
圖1-1 平凸透鏡焦距示意圖
對(duì)于一般的平凸型微透鏡陣列祭椰，利用顯微鏡和千分尺分別測量子單元直徑 Ф和矢高 h，計(jì)算其焦距為：
（1-1）
早期的微透鏡陣列制造常采用熔融光刻膠法制作疲陕，形成的是平凸面形的透鏡方淤，利用該方法能完成相應(yīng)的焦距測量。由于平凸透鏡焦距受凸面曲率半徑限制蹄殃，使得該類型微透鏡陣列的應(yīng)用受到較大的局限携茂。另外，該檢測方法采用千分表接觸是測量微透鏡陣列的矢高窃爷，易造成微透鏡表面的破損影響光學(xué)系統(tǒng)透過率和像質(zhì)邑蒋；同時(shí)，該方法檢測精度較低按厘，且一次測量只能完成一個(gè)子單元的焦距測量医吊，不適合單元數(shù)較多的微透鏡陣列檢測。
2逮京，顯微鏡共焦檢測法
西安光學(xué)精密機(jī)械研究所使用一種基于顯微鏡共焦檢測系統(tǒng)的方法測量微透鏡陣列的焦距卿堂，如圖 2-1所示。根據(jù)顯微鏡中像點(diǎn)清晰度變化確定微透鏡陣列的頂點(diǎn)和焦點(diǎn)位置懒棉，完成微透鏡陣列的焦距測量測量系統(tǒng)需要兩個(gè)點(diǎn)光源1草描、6和相應(yīng)的準(zhǔn)直系統(tǒng)，測量分兩步進(jìn)行：首先確定焦點(diǎn)位置策严，利用點(diǎn)光源1的出射準(zhǔn)直光源經(jīng)過被測微透鏡陣列成像與其焦點(diǎn)上穗慕，移動(dòng)顯微鏡使像點(diǎn)最清晰即顯微鏡與微透鏡陣列共焦；再關(guān)閉光源1而開啟點(diǎn)光源6妻导，移動(dòng)顯微鏡物方焦點(diǎn)至微透鏡陣列頂點(diǎn)處逛绵，兩次測量過程中顯微鏡移動(dòng)的軸向距離即為微透鏡陣列的焦距。
圖2-1 顯微鏡共焦檢測系統(tǒng)
相比較顯微鏡及千分尺檢測法倔韭，該方法利用顯微鏡中成像的清晰度變化代替機(jī)械法檢測术浪，具有較高的測量精度；但是檢測系統(tǒng)操作復(fù)雜寿酌，小尺寸微透鏡陣列的測量過程中尋找其焦點(diǎn)和頂點(diǎn)位置較困難胰苏，測量效率不能滿足相應(yīng)的要求。
3醇疼，光強(qiáng)計(jì)法
國內(nèi)外一些實(shí)驗(yàn)室利用光強(qiáng)計(jì)法測量微透鏡陣列的焦距硕并，如圖3-1所示法焰，利用微透鏡陣列焦面附近的光強(qiáng)變化確定最終的焦點(diǎn)位置。
圖3-1 光強(qiáng)計(jì)測量微透鏡陣列焦距
光強(qiáng)計(jì)測量微透鏡陣列的焦距時(shí)倔毙，其檢測系統(tǒng)由光源及準(zhǔn)直系統(tǒng)壶栋、分光鏡、被測微透鏡陣列普监、反射鏡、成像物鏡琉兜、孔徑光闌和光強(qiáng)探測器組成凯正。經(jīng)過準(zhǔn)直的平行光經(jīng)分光鏡后通過微透鏡陣列成像，當(dāng)在微透鏡陣列的焦距放置反射鏡時(shí)豌蟋，光線以光軸為對(duì)稱軸返回廊散，由于光強(qiáng)探測器的像面和孔徑光闌位于成像物鏡的焦面上，此時(shí)光強(qiáng)最大梧疲；同理允睹，調(diào)節(jié)反射鏡位置，當(dāng)反射鏡位于焦距的一半位置時(shí)幌氮，光線經(jīng)過反射鏡和頂點(diǎn)的兩次反射返回并成像在探測器上即光強(qiáng)計(jì)再次出現(xiàn)極大值缭受，通過測量兩次成像的距離即可完成焦距的測量。該方法測量系統(tǒng)簡單该互，操作簡便米者；但只能完成微透鏡陣列所有子透鏡單元的平均焦距測量，不能對(duì)應(yīng)測量各個(gè)子透鏡單元的焦距宇智，對(duì)評(píng)價(jià)微透鏡陣列的加工質(zhì)量存在較大的局限蔓搞。
4，ccd探測法
CCD測試系統(tǒng)示意圖和系統(tǒng)原理分別如圖4-1和4-2所示随橘，它是由He NE光源喂分、擴(kuò)束系統(tǒng)、微透鏡調(diào)節(jié)架机蔗、顯微物鏡蒲祈、CCD 傳感器等部分組成。激光器的出射光束經(jīng)擴(kuò)束后蜒车，經(jīng)過限光光闌（孔徑為 100μm）后照射到有限的幾個(gè)微透鏡上讳嘱，微透鏡的聚焦光斑經(jīng)顯微物鏡成像后被 CCD 傳感器采集，輸入計(jì)算機(jī)對(duì)光斑圖像進(jìn)行數(shù)值分析酿愧。這套系統(tǒng)易于使用沥潭，可精確地測量脈沖和連續(xù)激光光束直徑和功率/能量，覆蓋很寬的波長范圍嬉挡。處理軟件可對(duì)測量結(jié)果實(shí)時(shí)地進(jìn)行顯示钝鸽、分析和存儲(chǔ)汇恤。模塊方式的設(shè)計(jì)，使該系統(tǒng)成為實(shí)驗(yàn)中對(duì)微透鏡陣列進(jìn)行質(zhì)量控制的理想工具拔恰，測量過程高效因谎，一次可以測量幾十甚至上百個(gè)透鏡，而且測量結(jié)果直觀可見颜懊。
圖4-1 光學(xué)平臺(tái)測試裝置示意圖
圖4-2 CCD測試系統(tǒng)原理圖
該測試系統(tǒng)測試微透鏡陣列焦距的測量原理如圖4-3所示财岔。旋轉(zhuǎn)微米級(jí)調(diào)節(jié)臺(tái)，直到CCD的像平面與微透鏡陣列的焦平面重合河爹，此時(shí)看到微透鏡的聚焦圖像匠璧，記錄旋鈕的數(shù)值。再次旋轉(zhuǎn)旋鈕咸这，至CCD的像平面與微透鏡陣列表面重合夷恍，再次記錄旋鈕的數(shù)值。兩者的差值媳维，即微透鏡陣列的焦距酿雪。
圖4-3 焦距測試原理圖
我司推出的近場光束分析儀NFBP系列適用于測量聚焦的激光光束和近場成像，該裝置基于緊湊的CinCam cmos相機(jī)侄刽，可以用不同的顯微鏡物鏡組裝指黎。這些校準(zhǔn)的顯微鏡物鏡保證了最大的準(zhǔn)確性，并能在衍射極限下成像小光束結(jié)構(gòu)州丹。主要特點(diǎn)：測量的波長范圍：320~1605nm袋励，測量的光斑大小：0.6um~7.5mm当叭，實(shí)時(shí)監(jiān)控光斑的形狀以及變化茬故，實(shí)時(shí)測量焦點(diǎn)光斑尺寸、焦距位置蚁鳖，多光束的位置校準(zhǔn)和調(diào)試磺芭。
相關(guān)文獻(xiàn)：[1]吳峰. 微透鏡鏡組陣列的設(shè)計(jì)、制備及其應(yīng)用研究[D].蘇州大學(xué),2019.
[2]朱咸昌. 微透鏡陣列焦距及其一致性檢測技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）,2013.
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