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，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，從而完成焦距的測量，圖 1-1所示。

圖1-1 平凸透鏡焦距示意圖

對于一般的平凸型微透鏡陣列，利用顯微鏡和千分尺分別測量子單元直徑 Ф和矢高 h，計算其焦距為：

早期的微透鏡陣列制造常采用熔融光刻膠法制作，形成的是平凸面形的透鏡，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，使得該類型微透鏡陣列的應(yīng)用受到較大的局限。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，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)；同時，該方法檢測精度較低，且一次測量只能完成一個子單元的焦距測量，不適合單元數(shù)較多的微透鏡陣列檢測。

2，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，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，完成微透鏡陣列的焦距測量測量系統(tǒng)需要兩個點(diǎn)光源1、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，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，移動顯微鏡使像點(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，移動顯微鏡物方焦點(diǎn)至微透鏡陣列頂點(diǎn)處，兩次測量過程中顯微鏡移動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，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，具有較高的測量精度；但是檢測系統(tǒng)操作復(fù)雜，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，測量效率不能滿足相應(yīng)的要求。

3，光強(qiáng)計法

國內(nèi)外一些實(shí)驗室利用光強(qiáng)計法測量微透鏡陣列的焦距，如圖3-1所示，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)計測量微透鏡陣列焦距

光強(qiáng)計測量微透鏡陣列的焦距時，其檢測系統(tǒng)由光源及準(zhǔn)直系統(tǒng)、分光鏡、被測微透鏡陣列、反射鏡、成像物鏡、孔徑光闌和光強(qiáng)探測器組成。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，光線以光軸為對稱軸返回，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，此時光強(qiáng)最大；同理，調(diào)節(jié)反射鏡位置，當(dāng)反射鏡位于焦距的一半位置時，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)計再次出現(xiàn)極大值，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，操作簡便；但只能完成微透鏡陣列所有子透鏡單元的平均焦距測量，不能對應(yīng)測量各個子透鏡單元的焦距，對評價微透鏡陣列的加工質(zhì)量存在較大的局限。

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，它是由He Ne光源、擴(kuò)束系統(tǒng)、微透鏡調(diào)節(jié)架、顯微物鏡、CCD 傳感器等部分組成。激光器的出射光束經(jīng)擴(kuò)束后，經(jīng)過限光光闌（孔徑為 100μm）后照射到有限的幾個微透鏡上，微透鏡的聚焦光斑經(jīng)顯微物鏡成像后被 CCD 傳感器采集，輸入計算機(jī)對光斑圖像進(jìn)行數(shù)值分析。這套系統(tǒng)易于使用，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。處理軟件可對測量結(jié)果實(shí)時地進(jìn)行顯示、分析和存儲。模塊方式的設(shè)計，使該系統(tǒng)成為實(shí)驗中對微透鏡陣列進(jìn)行質(zhì)量控制的理想工具，測量過程高效，一次可以測量幾十甚至上百個透鏡，而且測量結(jié)果直觀可見。

圖4-1 光學(xué)平臺測試裝置示意圖

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。旋轉(zhuǎn)微米級調(diào)節(jié)臺，直到CCD的像平面與微透鏡陣列的焦平面重合，此時看到微透鏡的聚焦圖像，記錄旋鈕的數(shù)值。再次旋轉(zhuǎn)旋鈕，至CCD的像平面與微透鏡陣列表面重合，再次記錄旋鈕的數(shù)值。兩者的差值，即微透鏡陣列的焦距。

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)，可以用不同的顯微鏡物鏡組裝。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)。主要特點(diǎn)：測量的波長范圍：320~1605nm，測量的光斑大?。?.6um~7.5mm，實(shí)時監(jiān)控光斑的形狀以及變化，實(shí)時測量焦點(diǎn)光斑尺寸、焦距位置，多光束的位置校準(zhǔn)和調(diào)試。