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)顯微鏡中像點清晰度變化確定微透鏡陣列的頂點和焦點位置，完成微透鏡陣列的焦距測量測量系統(tǒng)需要兩個點光源1、6和相應(yīng)的準(zhǔn)直系統(tǒng)，測量分兩步進行：首先確定焦點位置，利用點光源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上，移動顯微鏡使像點最清晰即顯微鏡與微透鏡陣列共焦；再關(guān)閉光源1而開啟點光源6，移動顯微鏡物方焦點至微透鏡陣列頂點處，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和頂點位置較困難，測量效率不能滿足相應(yīng)的要求。

3，光強計法

國內(nèi)外一些實驗室利用光強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變化確定最終的焦點位置。

圖3-1 光強計測量微透鏡陣列焦距

光強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)過反射鏡和頂點的兩次反射返回并成像在探測器上即光強計再次出現(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，輸入計算機對光斑圖像進行數(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)果實時地進行顯示、分析和存儲。模塊方式的設(shè)計，使該系統(tǒng)成為實驗中對微透鏡陣列進行質(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，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：測量的波長范圍：320~1605nm，測量的光斑大小：0.6um~7.5mm，實時監(jiān)控光斑的形狀以及變化，實時測量焦點光斑尺寸、焦距位置，多光束的位置校準(zhǔn)和調(diào)試。