[发明专利]一种微透镜阵列焦距测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微透镜阵列焦距检测方法，属于光学检测技术领域，可用于单元数较多的微透镜阵列焦距的检测。

背景技术

微小光学迅速发展的标志就是微小阵列光学元件的出现。微透镜阵列作为阵列衍射光学的重要部件，因为其衍射效率高、工作波段宽、微型化和集成化等优点，广泛应用于波前检测、光耦合和光存储等领域。焦距作为微透镜阵列的核心参数，它的检测直接影响微透镜阵列光学系统的使用和检测精度。

对微透镜阵列焦距的检测，传统测量方法主要有理论检测计算法、光强计测量法、焦距仪测量法、干涉仪定焦法、浮雕深度检测法、放大率法、光栅衍射测量法和轴向放大率检测法等。

理论检测法是用千分表测量微透镜阵列子单元的矢高h，再用显微镜测量子单元的口径大小，根据计算公式完成微透镜阵列焦距测量。

f′=Rn-1=h2+φ2/42h(n-1)]]>

式中R为微透镜阵列子单元的曲率半径，n为折射率。由于微透镜阵列尺寸较小，该方法实际操作困难，测量精度偏低，只能进行粗略测量；且需逐个检测各个子单元，测量效率较低。

光强测量法是利用光强计检测微透镜阵列焦面附近的光强变化，以确定微透镜阵列的焦面位置。该方法对单个透镜的焦距测量具有较高的精度；对微透镜阵列检测，该方法不能测量微透镜阵列各个子单元的焦距，只能确定微透镜阵列所有子单元的平均焦距。

焦距仪检测法利用显微镜观察微透镜阵列：确定子单元的顶点位置并标记；再沿光轴移动显微镜，确定顶点标记在焦面上成像的位置；显微镜移动的距离即为微透镜阵列的焦距。该法测量具有较高的精度，但不适于尺寸小的微透镜阵列检测，且操作复杂，一次观察只能完成一个微透镜阵列子单元的检测，测量效率偏低。

干涉仪定焦法与焦距仪检测法原理类似，利用干涉仪分别确定微透镜阵列子单元的顶点和焦点位置，两次定焦测量时干涉仪的探头移动的距离即为该子单元的焦距。该方法精度较高，适合于各类型的微透镜阵列焦距的测量；但需要逐个微透镜阵列各个子单元进行定焦测量，操作复杂，测量效率偏低。

浮雕深度法通过测量微透镜阵列的浮雕深度h和子单元口径d，根据公式计算微透镜阵列的焦距。

f=d28(n-1)h]]>

式中，n为折射率。利用该方法测量由于微透镜阵列在曝光、显影以及刻蚀的过程中造成的浮雕深度误差较大，因此测量精度不高。

放大率法是焦距测量过程中比较常用的检测方法，其检测原理为：检测使用的平行光管星点板上有两个小孔；通过光源照明后，平行光管的出射光为两束平行光；平行光经过微透镜阵列汇聚，在其各个子单元的焦面上成两个点像。根据几何成像原理，可计算微透镜阵列各个子单元的焦距。

fiF=did]]>