光學(xué)和光子學(xué) 微透鏡陣列 第4部分：幾何特性測(cè)試方法

CS31.260

L51

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T××××.4—XXXX

光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列

第4部分：幾何特性測(cè)試方法

Opticsandphotonics-Microlensarray-Part4:Testmethodsfor

geometricalproperties

（ISO14880-3:2006，MOD）

（征求意見(jiàn)稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

1

GB/T41869.4-××××

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》

的規(guī)定起草。

本文件是GB/T41869《光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列》的第4部分，GB/T41869已經(jīng)發(fā)布

了以下部分：

——光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第1部分：術(shù)語(yǔ)；

——光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第2部分：波前像差的測(cè)試方法；

——光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第3部分：光學(xué)特性測(cè)試方法

——光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第4部分：幾何特性測(cè)試方法

本文件修改采用ISO14880-4:2006《光學(xué)與光子學(xué)微透鏡陣列第4部分：幾何特性

測(cè)試方法》。本文件與ISO14880-4:2006相比，做了下述結(jié)構(gòu)調(diào)整：

——5對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的5.1

——5.1對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的5.1.1；

——5.2對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的5.1.2

——第6章對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的6.2；

——第7章對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的6.3；

——第12章對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的第7章；

——第13章對(duì)應(yīng)ISO14880-4:2006中的第8章；

本文件與ISO14880-4:2006的技術(shù)差異及其原因如下：

——規(guī)范性引用文件用GB/T41869.1代替ISO14880-1；

——?jiǎng)h除了原ISO14880-4:2006中第4章坐標(biāo)系，原因是隨著技術(shù)進(jìn)步，微透鏡陣列

發(fā)展出許多復(fù)雜形貌和排布種類，這些形貌和排布特征通常是坐標(biāo)系選擇依據(jù)，原文規(guī)定笛

卡爾直角坐標(biāo)系過(guò)于局限；不考慮方便性，微透鏡陣列幾何特性測(cè)試?yán)碚撋峡梢圆扇∪魏巫?/p>

標(biāo)系，不適合在標(biāo)準(zhǔn)中限定，且該圖在該系列標(biāo)準(zhǔn)的第1部分已有解釋；

——增加第4章，增加測(cè)試項(xiàng)目的描述，根據(jù)國(guó)標(biāo)1.1-2020測(cè)試方法的編制要求，明

確測(cè)試的項(xiàng)目；

——增加了“填充因子”（見(jiàn)3.5），因高填充因子、均勻填充因子是迅速發(fā)展的圖像

傳感器、照明等微透鏡陣列重要應(yīng)用場(chǎng)景追求的關(guān)鍵指標(biāo)，且與制造工藝高度相關(guān)。填充因

子低會(huì)導(dǎo)致光線逃逸、雜散光、降低信噪比等，而填充因子均勻性可導(dǎo)致微透鏡陣列性能變

化。填充因子是生產(chǎn)、應(yīng)用環(huán)節(jié)驗(yàn)收不可或缺的幾何特性。

——增加了第8章面形精度測(cè)量的概述、設(shè)備及程序，面型精度是表示微透鏡三維幾何

輪廓實(shí)際加工值與設(shè)計(jì)值之間的偏離情況，決定微透鏡產(chǎn)品對(duì)光場(chǎng)聚焦、成像、準(zhǔn)直等性能，

是需要控制得重要技術(shù)指標(biāo)之一；

——增加了第9章表面粗糙度測(cè)量的概述、設(shè)備及程序，表面粗糙度表示微透鏡表面輪

廓光滑程度，影響微透鏡對(duì)光的散射作用，也是需要控制的重要技術(shù)指標(biāo)之一；

——增加第11章，微透鏡的質(zhì)量直接影響測(cè)量結(jié)果，因此微透鏡陣列測(cè)量前的準(zhǔn)備工

3

GB/T41869.4—XXXX

作需專門(mén)說(shuō)明。

請(qǐng)注意本文件的某些部分可能涉及專利，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。

本文件由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。

本文件由全國(guó)光學(xué)和光子學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC103）歸口。

本文件起草單位：xxx、xxx、xxx。

本文件主要起草人：xxx、xxxx。

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GB/T41869.4-××××

光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列

第4部分：幾何特性的測(cè)試方法

1范圍

本文件規(guī)定了微透鏡陣列中微透鏡幾何特性的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試裝置及設(shè)備、測(cè)試準(zhǔn)備、

測(cè)試原理及測(cè)試程序等內(nèi)容。

本文件適用于表面浮雕結(jié)構(gòu)微透鏡陣列和梯度折射率微透鏡陣列。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅本文引用版本適用；未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的補(bǔ)充文

件）適用。

GB/T41869.1光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第1部分：術(shù)語(yǔ)

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T41869.1界定的，以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

注1：從GB/T41869部分采用的符號(hào)針對(duì)微透鏡陣列幾何特性描述，但有些符號(hào)可能不通用于表面形

貌測(cè)量。

注2：GB/T41869使用Px，Py和h來(lái)描述表面紋理測(cè)量幾何參數(shù)。Px，Py是間距參數(shù)，為包含輪廓頂點(diǎn)

和相鄰谷底的截面線性長(zhǎng)度的平均值。幅值參數(shù)h為鏡頭輪廓頂點(diǎn)和輪緣之間的平均差值。微透鏡陣列的

幾何特性見(jiàn)圖1。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——基板；

Tc——物理厚度；

Rc——曲率的半徑；

Px，Py——間距；

h——表面調(diào)制深度（鏡頭下垂）。

圖1微透鏡陣列的幾何參數(shù)

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3.1

間距pitch

Px，Py

相鄰鏡頭中心之間的距離，可能因方向而異，如圖1。

注1：間距單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，術(shù)語(yǔ)3.3.1.5]

注2：對(duì)于接觸式輪廓儀，這通常等同于根據(jù)粗糙度輪廓RSm計(jì)算的輪廓元素的平均寬度RSm（參見(jiàn)

ISO4287：1997中的3.2.2和4.3.1）。

3.2

表面浮雕深度surfacemodulationdepth

h

微透鏡陣列表面高度峰谷值的差，如圖1。

注1：對(duì)于純折射微透鏡即為鏡頭矢高。

注2：表面調(diào)制深度單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，3.3.1.8]

注3：接觸式輪廓儀，通常等同于Rz（參見(jiàn)ISO4287：1997中的4.1.3）。

3.3

微透鏡陣列厚度physicalthickness

Tc

透鏡陣列的最大局部厚度。

注:微透鏡陣列厚度單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，3.3.1.9]

3.4

曲率半徑radiusofcurvature

Rc

從微透鏡頂點(diǎn)到微透鏡表面曲率中心的距離。

注1：曲率半徑單位為毫米。

注2：適用于旋轉(zhuǎn)不變性微透鏡或圓柱形微透鏡。

3.5

填充因子fillfactor

FF

微透鏡單元覆蓋的全部區(qū)域與整個(gè)為透鏡陣列面積的比值。

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4測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試項(xiàng)目包括：

a)間距和表面浮雕深度（矢高）；

b)物理厚度；

c)曲率半徑；

d)面形精度；

e)表面粗糙度；

f)填充因子。

5間距和表面浮雕深度的測(cè)量

5.1使用接觸式輪廓儀測(cè)量

5.1.1測(cè)量概述

基本原理是使用接觸式輪廓儀獲取微透鏡陣列表面的輪廓。應(yīng)確保輪廓通過(guò)每個(gè)透鏡的

中心，探針在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中與表面保持接觸。間距和曲面浮雕深度確定測(cè)量量程的設(shè)置。

5.1.2測(cè)量準(zhǔn)備

微透鏡陣列的幾何特性的測(cè)量原則上與使用接觸式輪廓儀測(cè)量其他任意表面相似。典型

的接觸式輪廓儀包括一個(gè)探針（用于物理接觸表面）和一個(gè)傳感器（把垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信

號(hào)）。其他部件見(jiàn)圖3，包括：電機(jī)和變速箱驅(qū)動(dòng)的拾取組件，以恒定的速度將探針在表面上

繪制；電子放大器，將探針傳感器的信號(hào)提升到有用的水平；用于記錄放大信號(hào)的設(shè)備或自

動(dòng)收集數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。

與微透鏡陣列表面接觸的探針部分通常是精密制造的金剛石尖端。由于微透鏡形狀限制，

在某些陣列上探針端可能無(wú)法接觸谷底，使得測(cè)量結(jié)果失真或被過(guò)濾。探針壓力會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)

果產(chǎn)生顯著影響。壓力過(guò)高可能會(huì)損壞陣列表面。壓力過(guò)低，探針無(wú)法可靠地與表面接觸。

接觸式輪廓儀應(yīng)當(dāng)盡可能遠(yuǎn)離灰塵、振動(dòng)和陽(yáng)光直射等環(huán)境中使用，環(huán)境溫度保持在

20°C±2°C范圍內(nèi)（無(wú)冷凝濕度低于70%相對(duì)濕度）。最好用過(guò)濾的空氣吹表面，清除儀器

表面的任何嚴(yán)重臟污。并使用合適的溶劑去除油或油脂。

在環(huán)境較差條件下進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)充分考慮環(huán)境的影響。

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——底座；

2——夾具；

3——被測(cè)試微透鏡；

4——探針；

5——探頭（拾?。?/p>

6——測(cè)量回路；

7——支架；

8——驅(qū)動(dòng)單元。

圖3典型接觸式輪廓儀的組成

接觸式輪廓儀上的電氣單元在進(jìn)行測(cè)量前應(yīng)至少提前半小時(shí)打開(kāi)。這將使儀器有時(shí)間穩(wěn)

定（制造商的說(shuō)明通常會(huì)指定給定儀器的最小穩(wěn)定時(shí)間）。在測(cè)量之前，對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)至

關(guān)重要。在校準(zhǔn)儀器之前，應(yīng)檢查探針是否有磨損或損毀的跡象。損壞的探針尖端可能導(dǎo)致

嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

校準(zhǔn)測(cè)量后，應(yīng)將指示值與被測(cè)試對(duì)象標(biāo)稱值進(jìn)行比較。如果測(cè)量值與校準(zhǔn)證書(shū)上顯示

的值不同，則需要重新校準(zhǔn)。

5.1.3探針大小和形狀

正確選擇探針的尺寸和形狀非常重要，因?yàn)樗ㄟ^(guò)多種方式影響測(cè)量準(zhǔn)確性。在具有深

而窄凹陷的陣列上，因?yàn)楣P尖半徑或探針側(cè)面角太大，探針可能無(wú)法完全滲透到底部。在這

種情況下，曲面浮雕深度的值將小于實(shí)際值。理想的探針形狀是帶有球形尖端的圓錐體。這

通常具有60°或90°的錐角，典型尖端半徑為1μm、2μm、5μm或10μm。

5.2用共聚焦顯微鏡測(cè)量

5.2.1測(cè)量概述

共聚焦原理可用于測(cè)量表面形貌。通過(guò)移動(dòng)物體表面對(duì)焦，使用探測(cè)器和共聚焦針孔測(cè)

量反射強(qiáng)度，可以區(qū)分深度。當(dāng)樣品點(diǎn)位于焦點(diǎn)處時(shí)，將檢測(cè)到最大強(qiáng)度，而當(dāng)樣品點(diǎn)離焦

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時(shí)，信號(hào)減小。該原理已在掃描共聚焦顯微鏡中得到確認(rèn)。通過(guò)掃描物體上的成像光點(diǎn)，可

以逐點(diǎn)測(cè)量區(qū)域。

5.2.2測(cè)量準(zhǔn)備

共聚焦顯微鏡的原理可通過(guò)多針孔掩碼（尼普科夫盤(pán)）在物體上生成一陣列光點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，

該掩碼允許對(duì)多個(gè)對(duì)象點(diǎn)進(jìn)行并行數(shù)據(jù)采集。如圖4所示，尼普科夫盤(pán)可以替換為微透鏡陣

列以提高光能利用率。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——光源；

2——分束器；

3——旋轉(zhuǎn)微透鏡盤(pán)（模擬尼普科夫盤(pán)）；

4——目標(biāo)；

5——樣本；

6——成像鏡頭；

7——針孔；

8——探測(cè)器。

圖4共聚焦顯微鏡測(cè)量系統(tǒng)A

圖5為使用微透鏡陣列和針孔陣列的共聚焦顯微鏡的另一種配置。依靠針孔陣列并行

掃描，可以提高光輻射與收集效率，提高掃描速度。

5

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——光源；

2——旋轉(zhuǎn)微透鏡盤(pán)；

3——波束分路器；

4——針孔陣列（尼普科夫盤(pán)）；

5——目標(biāo)；

6——樣本；

7——成像鏡頭；

8——電荷耦合設(shè)備（CCD）攝像機(jī)。

圖5共聚焦顯微鏡測(cè)量系統(tǒng)B

圖6為一個(gè)測(cè)量示例。

圖6使用共聚焦顯微鏡測(cè)量微透鏡陣列表面結(jié)構(gòu)示例

5.3測(cè)量程序

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5.3.1初步測(cè)量

初步測(cè)量程序如下：

a）執(zhí)行儀器校準(zhǔn)程序[7][8]；

b）微透鏡陣列的軸應(yīng)與探頭（接觸式輪廓儀的探針、或共聚焦顯微鏡的針孔）的橫向

（x、y）掃描方向?qū)R，并在儀器的垂直工作范圍內(nèi)；

c）為了評(píng)估表面輪廓，對(duì)陣列進(jìn)行初步測(cè)量；

d）調(diào)整陣列的位置和擺放高度，以確保探頭掃描每個(gè)透鏡的中心，并在儀器的工作范

圍內(nèi)；如果陣列的擺放高度不在儀器范圍內(nèi)，則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量；

e）對(duì)陣列表面進(jìn)行多次測(cè)量，并對(duì)其位置進(jìn)行微調(diào)，以確保陣列的正確對(duì)齊；

f）采樣掃描距離（探頭穿過(guò)表面的距離）應(yīng)與所評(píng)估長(zhǎng)度相同，所選擇的掃描距離要

確保表面形貌少于2個(gè)峰值；

g）參考儀器操作手冊(cè)，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量參數(shù)（機(jī)器速度、頻率等）；

h）不要使用粗糙度濾波器。

5.3.2進(jìn)行測(cè)量并解釋結(jié)果

在透鏡陣列表面（避開(kāi)缺陷）均勻的沿著x和y軸測(cè)量大量的剖面線軌跡，剖面線需通

過(guò)微透鏡頂點(diǎn)。測(cè)量后，應(yīng)通過(guò)線性擬合校正可能的傾斜，在計(jì)算任何參數(shù)之前，應(yīng)通過(guò)儀

器軟件完成此操作。整個(gè)陣列的Px、Px（間距）和h（表面浮雕深度）參數(shù)（x和y方向）剖

面線軌跡特征點(diǎn)差值計(jì)算。

6物理厚度的測(cè)量

6.1測(cè)量概述

千分尺的兩個(gè)測(cè)砧與陣列的頂部和底部表面接觸，以測(cè)量給定點(diǎn)陣列的物理厚度。千分

尺的測(cè)砧可以是平行的，也可以是球形的。

6.2測(cè)量準(zhǔn)備

測(cè)量準(zhǔn)備如下：

a）在測(cè)量之前，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)塊或類似步驟校準(zhǔn)千分尺；

b）使用干凈的無(wú)絨紙或布徹底擦拭千分尺的主軸和測(cè)量面；

c）使儀器和微透鏡陣列保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以調(diào)整到室溫（至少半小時(shí)）；

d）應(yīng)注意確保千分尺不受可能導(dǎo)致顯著溫度變化的突然變溫、陽(yáng)光直射、熱輻射或氣

流影響。

6.3測(cè)量程序

測(cè)試程序如下：

a）在測(cè)量前，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)塊或類似的樣品校準(zhǔn)千分尺；

b）選擇最適合千分尺。應(yīng)小心確保對(duì)透鏡的中心進(jìn)行測(cè)量，并盡量減少視差誤差；

c）測(cè)量點(diǎn)均勻分布在微透鏡陣列上，至少取9個(gè)測(cè)量值。

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7曲率半徑的測(cè)量

7.1測(cè)量概述

如圖7所示，基本原理是通過(guò)光學(xué)手段定位被測(cè)微透鏡的頂點(diǎn)，然后測(cè)量曲面的焦點(diǎn)位

置或曲率中心相對(duì)頂點(diǎn)的位移?？纱_定其曲率半徑Rc的。應(yīng)小心避免如圖b）和c）情形的

不正確的設(shè)置。

注：只有鏡頭表面是球形時(shí)，可使用此方法定位被測(cè)表面的曲率中心。否則，光線不會(huì)反射形成共聚

焦圖像。如果懷疑測(cè)試表面不是球形，可以使用干涉儀對(duì)局部區(qū)域分析來(lái)估計(jì)面型。

a)正確設(shè)置示例

b)設(shè)置不正確的示例

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c)設(shè)置不正確的示例。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——基板表面；

2——光學(xué)探頭；

Rc——曲率半徑。

圖7用光學(xué)探頭定位球形透鏡表面的曲率中心位置

7.2測(cè)量設(shè)備

7.2.1概述

通?？梢允褂蔑@微和干涉兩種光學(xué)技術(shù)：

a）第一種技術(shù)使用顯微鏡，裝配有位移傳感器、合適的光源、被測(cè)對(duì)象、像機(jī)、監(jiān)視

器和圖像分析儀（線性強(qiáng)度變化分析）。它通過(guò)聚焦來(lái)定位微透鏡的頂點(diǎn)。如圖8所示，曲

率半徑由透鏡頂點(diǎn)到定位曲面曲率中心顯微鏡所需的位移推導(dǎo)計(jì)算。。

顯微鏡中的對(duì)焦輔助物（如裂像對(duì)焦分劃板）使微透鏡的無(wú)特征頂點(diǎn)在使用反射光進(jìn)行

觀察時(shí)更易于定位。當(dāng)顯微鏡焦點(diǎn)出現(xiàn)，則靠近曲面中心位置，因?yàn)樵阽R頭表面接近正入射

時(shí)，此時(shí)表面的反射光線形成共聚焦點(diǎn)。測(cè)試可使用白光或單色光照明。

b）第二種技術(shù)使用干涉法來(lái)通過(guò)表面或曲率中心產(chǎn)生干涉圖案來(lái)定位。測(cè)試干涉儀可

能是幾種類型之一，例如邁克爾遜、斐索、橫向剪切或泰曼-格林。ISO14880-2和ISO/TR

14999-1中對(duì)此作了更全面的描述。干涉測(cè)量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于具有嚴(yán)重像差的透鏡，可

以通過(guò)干涉圖案很容易推斷出曲率半徑的變化。干涉測(cè)量對(duì)光學(xué)路徑長(zhǎng)度的微小變化很敏

感，通常需要將干涉儀安裝在隔振臺(tái)上，并盡量減少空氣傳播擾動(dòng)。

第5至8章側(cè)重于顯微鏡技術(shù)，而干涉測(cè)量技術(shù)見(jiàn)附件錄A。

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——用于照亮鏡頭表面的光源；

2——顯微鏡物鏡；

3——被測(cè)試微透鏡；

4——分束器；

5——CCD相機(jī)；

6——橫向（x，y）調(diào)整到中心微透鏡；

7——z軸顯微鏡調(diào)整，以定位透鏡頂點(diǎn)和曲率中心。

圖8用于測(cè)量微透鏡表面曲率半徑的顯微鏡

7.2.2測(cè)量系統(tǒng)

7.2.2.1顯微鏡

裝有對(duì)焦輔助裝置（如裂像對(duì)焦儀）的顯微鏡用于在無(wú)特征表面上對(duì)焦，并通過(guò)共聚焦

成像定位曲率中心。測(cè)試表面相對(duì)于顯微鏡物鏡的位移使用校準(zhǔn)的位移傳感器測(cè)量。

注：半徑測(cè)量時(shí)采樣的透鏡表面區(qū)域大小受限于顯微鏡物鏡的NA（數(shù)值孔徑）。

7.2.2.2光源

寬波段（如白熾燈源）或特定波長(zhǎng)的光源均適用。

7.2.2.3圖像顯示

成像系統(tǒng)的分辨率應(yīng)足以識(shí)別最佳對(duì)焦圖像。

7.2.2.4標(biāo)準(zhǔn)球面

應(yīng)當(dāng)用曲率半徑已知的球面應(yīng)作為參考樣品，以驗(yàn)證測(cè)量系統(tǒng)的性能。樣品偏離球面的

均方根誤差典型值應(yīng)小于λ/2。參考樣品的的半徑應(yīng)近似于被測(cè)對(duì)象。

7.3準(zhǔn)備

為了保證測(cè)量結(jié)果一致性，測(cè)試設(shè)備應(yīng)保持在溫度受控的環(huán)境中，最好是20°C左右，

避免環(huán)境振動(dòng)。

7.4測(cè)量程序

測(cè)量程序如下：

a)通過(guò)測(cè)量標(biāo)樣球形曲率半徑來(lái)驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的性能。標(biāo)樣的半徑應(yīng)與要測(cè)量的微透

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鏡半徑相似；

b)將顯微鏡聚焦在被測(cè)表面頂點(diǎn)上，然后在曲面曲率中心重新聚焦，見(jiàn)圖8；

c)在第二個(gè)位置（曲率中心共聚焦成像），通過(guò)顯微鏡物鏡在正入射入照明表面，反

射光線進(jìn)入物鏡自身；顯微鏡中分劃板或裂像對(duì)焦裝置的共聚焦圖像可定位曲率中心

位置；

d)測(cè)試表面連續(xù)調(diào)整與顯微鏡的光軸橫向?qū)R，直到共聚焦圖像居中；

e)曲率半徑是兩個(gè)測(cè)試位置之間的軸向位移。

8面形精度的測(cè)量

8.1測(cè)量概述

在實(shí)際工程應(yīng)用中，面型精度是評(píng)價(jià)微透鏡質(zhì)量的核心指標(biāo)之一。面型精度的測(cè)量原理，

是利用干涉測(cè)量或激光共焦測(cè)量等方法獲得微透鏡表面浮雕輪廓三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后將

點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)等坐標(biāo)變換，使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型底面平面與所設(shè)計(jì)的微透鏡底面平

面平行，點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)的微透鏡頂點(diǎn)重合，然后將相同（x,y）底面坐標(biāo)

對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)高度坐標(biāo)z與設(shè)計(jì)高度h相減，獲得面型誤差曲面數(shù)據(jù)，其中誤差曲面峰谷

值為面型精度PV值，誤差曲面均方根作為面型誤差RMS值。

8.2測(cè)量設(shè)備

8.2.1白光干涉儀

白光干涉儀主要由光源、分束器、反射鏡、透鏡和探測(cè)器等部分組成，基于邁克爾遜干

涉原理，光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直后經(jīng)分光棱鏡后分成兩束，一束經(jīng)被測(cè)表面反射回來(lái)，

另外一束光經(jīng)參考鏡反射，兩束反射光通過(guò)分光棱鏡合束并發(fā)生干涉，顯微鏡將被測(cè)表面的

形貌特征轉(zhuǎn)化為干涉條紋信號(hào)，通過(guò)測(cè)量干涉條紋的變化來(lái)測(cè)量表面三維形貌。為了實(shí)現(xiàn)較

大陡度的微透鏡面型測(cè)試，樣品臺(tái)需具有精確旋轉(zhuǎn)、俯仰、傾斜等位置調(diào)整功能，算法具有

精確拼接功能。

8.2.2激光掃描共聚焦顯微鏡

激光掃描共聚焦顯微鏡以激光作為光源，激光器發(fā)出的激光通過(guò)照明針孔形成點(diǎn)光源，

經(jīng)過(guò)透鏡、分光鏡形成平行光后，再通過(guò)物鏡聚焦在樣品上，并對(duì)樣品聚焦面上的每一點(diǎn)進(jìn)

行掃描。樣品聚焦表面反射光可通過(guò)分光鏡，經(jīng)過(guò)透鏡再次聚焦，到達(dá)探測(cè)針孔，被探測(cè)器

檢測(cè)到，并在顯示器上成像。

8.3測(cè)量程序

根據(jù)微透鏡的特征參數(shù)選擇白光干涉儀或激光共聚焦顯微鏡的模式，其中對(duì)于口徑較大、

面型精度要求較低（z方向分辨率差于10nm）的微透鏡測(cè)量，激光掃描共聚焦顯微鏡及白光

干涉儀均可滿足測(cè)量要求，而對(duì)于面型精度要求較高（z方向分辨率優(yōu)于10nm）的微透鏡，

則需要采用白光干涉儀測(cè)量。

以白光干涉儀為例，首先利用標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)檢測(cè)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，然后將待測(cè)微透鏡放于樣

品臺(tái)，根據(jù)測(cè)量視場(chǎng)和分辨率需求選擇合適倍率的顯微物鏡及目鏡，調(diào)整物鏡到樣品距離，

使其能夠觀察到樣品表面干涉條紋，通過(guò)調(diào)整樣品臺(tái)姿態(tài)使得微透鏡底面平面與物鏡光軸垂

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直，z向掃描測(cè)量后，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，獲得面型精度的PV值及RMS值。

9表面粗糙度的測(cè)量

9.1測(cè)量概述

表面粗糙度是微透鏡的表面光滑程度衡量指標(biāo)，也是其局部起伏的表現(xiàn)形式。微透鏡表

面粗糙度由實(shí)測(cè)面型參數(shù)與其擬合的高階光滑曲面差值的算數(shù)平均數(shù)表示。

9.2測(cè)量設(shè)備

表面粗糙度檢測(cè)設(shè)備為白光干涉儀，縱向分辨率需達(dá)亞納米量級(jí)，設(shè)備同8.2白光干涉

儀。

9.3測(cè)量程序

測(cè)試程序如下：

a)將8.3中獲取的微透鏡表面數(shù)據(jù)，用作計(jì)算微透鏡表面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與其最佳擬合曲

面的算數(shù)平均數(shù)，為表面粗糙度Ra。

b)需要注意，利用白光干涉儀測(cè)量微透鏡表面粗糙度時(shí)，微透鏡的面積較小，白光干

涉儀的測(cè)量視場(chǎng)通常覆蓋微透鏡表面比例較大，對(duì)于曲率半徑較小的微透鏡，常規(guī)粗糙

度的計(jì)算方法會(huì)將微透鏡的面型誤差包含在內(nèi)，不夠準(zhǔn)確，需要根據(jù)實(shí)際情況定義分析；

c)實(shí)際工程應(yīng)用中，需要選取一定的區(qū)域分析表面粗糙度，通常根據(jù)測(cè)量精度要求選

取分析區(qū)域。例如測(cè)量精度要求a，白光干涉儀測(cè)量橫向分辨率為r,選擇區(qū)域的邊緣處

斜率角度為θ，則需要滿足r*tanθ≤a。

10微透鏡陣列填充因子的測(cè)量

10.1測(cè)量概述

填充抑制是微透鏡有效區(qū)域的衡量指標(biāo)，為所有微透鏡有效幾何孔徑占據(jù)的面積與陣列

總面積的比值，對(duì)于周期性排布的微透鏡，也可表示為一個(gè)單元內(nèi)有效微透鏡的面積與單面

面積的比值。

10.2測(cè)量設(shè)備

填充因子的測(cè)量設(shè)備為常用設(shè)備顯微鏡，也可采用臺(tái)階儀、白光干涉儀或激光共聚焦顯

微鏡測(cè)量。

10.3測(cè)量程序

測(cè)試程序如下：

a）可利用具有面積計(jì)算功能的顯微鏡，測(cè)量微透鏡的單元面積和有效面積，

b）需要注意，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，原則上所選擇顯微鏡的分辨率，應(yīng)優(yōu)于相鄰微

透鏡間隔尺寸一個(gè)數(shù)量級(jí)；

c）實(shí)際工程應(yīng)用中，也可通過(guò)測(cè)量微透鏡的邊長(zhǎng)和單元間距的辦法，計(jì)算微透鏡的填

充因子。

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11微透鏡陣列的測(cè)量準(zhǔn)備

待測(cè)光學(xué)表面應(yīng)清潔?？梢允褂镁凭兔撝薨踩厍鍧嵨村兡さ牟ＡП砻妗Ｃ撝?/p>

在接觸表面之前應(yīng)浸泡在極少量的溶劑中，并在丟棄前僅在光學(xué)表面擦拭一次。這最大限度

地減少了刮擦表面的機(jī)會(huì)?？梢允褂酶蓛舻鸟劽⒒蜻^(guò)濾后的壓縮空氣去除灰塵。

鍍膜光學(xué)表面（如抗反射表面）應(yīng)非常小心地處理，除非絕對(duì)必要，否則不要清潔?？?/p>

以使用過(guò)濾后的壓縮空氣對(duì)它們進(jìn)行除塵。

正確使用溶劑和清潔材料的方法請(qǐng)遵有關(guān)指導(dǎo)。

12結(jié)果和不確定度

應(yīng)計(jì)算和記錄一組曲率半徑測(cè)量值的平均值。為了確定A型不確定度來(lái)源的貢獻(xiàn)（見(jiàn)參

考[9]），應(yīng)對(duì)一組測(cè)量值的方差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差的無(wú)偏估計(jì)。。

典型的不確定性來(lái)源見(jiàn)表1。

表1不確定性來(lái)源

來(lái)源類型不確度極值

曲率半徑測(cè)量A根據(jù)一組（通常為九組）測(cè)量值計(jì)算

校準(zhǔn)A/B因儀器和校準(zhǔn)方法而不同

校準(zhǔn)因子將糾正余弦誤差和阿貝數(shù)誤差。不確定性估計(jì)可能是A型或B型[9]。選擇最佳

測(cè)量條件，一般要在測(cè)量過(guò)程中監(jiān)測(cè)溫度和相對(duì)濕度，并始終給設(shè)備時(shí)間達(dá)到室溫。通過(guò)將

位移傳感器盡可能接近光軸，使阿貝數(shù)偏移誤差最小化。

應(yīng)計(jì)算和記錄測(cè)量值集的平均值以及均值標(biāo)準(zhǔn)差（SEOM）。

綜合標(biāo)準(zhǔn)不確定性，應(yīng)通過(guò)增加表面重復(fù)測(cè)量平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差與儀器造成的標(biāo)準(zhǔn)不確

定性的正交性來(lái)計(jì)算。

13測(cè)試報(bào)告

測(cè)試結(jié)果應(yīng)記錄在案，并應(yīng)包括以下信息（如適用）：

a）一般信息：

1）測(cè)試已按照GB/T41869.4-XXXX執(zhí)行；

2）校準(zhǔn)日期、校準(zhǔn)程序和校準(zhǔn)不確定性評(píng)估；

3）測(cè)試日期；

4）測(cè)試機(jī)構(gòu)的名稱和地址；

5）相關(guān)認(rèn)證；

6）執(zhí)行測(cè)試的個(gè)人的姓名；

b）被測(cè)微透鏡的信息：

1）微透鏡類型；

2）制造商；

3）制造商型號(hào)；

4）序列號(hào)；

c）測(cè)試條件：

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1）使用測(cè)試方法；

2）測(cè)試設(shè)備：

i）接觸表面輪廓儀;制造商和型號(hào)；

ii）千分尺；制造商和型號(hào)；

iii)白光干涉儀；制造商和型號(hào)

ⅳ)激光共焦顯微鏡;制造商和型號(hào)

ⅴ）顯微鏡；制造商和型號(hào)

3）測(cè)量參數(shù)：

i）探針半徑；

ii）儀器速度；

iii）采樣頻率；

iv）采樣長(zhǎng)度；

ⅴ）測(cè)量物鏡及目鏡倍率

4）測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件：

i）溫度；

ii）相對(duì)濕度。

d）測(cè)試結(jié)果：

1）間距；

2）表面浮雕深度；

3）物理厚度；

4）曲率半徑；

5）面型精度；

6）表面粗糙度；

7）填充因子；

8）不確定表。

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附件A

（規(guī)范性）

使用斐索干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量

A.1測(cè)量結(jié)構(gòu)和測(cè)試設(shè)備

可以使用干涉儀測(cè)量曲率半徑，以幫助定位透鏡表面的頂點(diǎn)并查找共聚焦位置，使用線

性位移傳感器進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量。以下設(shè)備之一可用于此目的：

——斐索干涉儀；

——泰曼-格林干涉儀；

——橫向剪切干涉儀；

——夏克-哈特曼設(shè)備。

此處將使用如圖A.1所示的斐索干涉儀描述為示例。來(lái)自相干光源的準(zhǔn)直光束從平面

參考表面部分反射生成參考波前。透射光通過(guò)高質(zhì)量透鏡匯聚到焦點(diǎn)，該點(diǎn)用于探測(cè)透鏡表

面的位置和曲率中心。監(jiān)控干涉圖案以確定確切位置。

原則上，用于測(cè)試大尺寸透鏡的干涉儀（例如斐索干涉儀）也可能適合微透鏡的測(cè)量。

但是，在實(shí)踐中來(lái)自靠近被測(cè)表面的二級(jí)表面的雜散光反射可能導(dǎo)致干擾。所需的相對(duì)較高

的放大率可能導(dǎo)致難以對(duì)焦鏡頭的出瞳。專為微透鏡設(shè)計(jì)的干涉儀克服了這些問(wèn)題。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——準(zhǔn)直光

2——分束器

3——參考表面

4——對(duì)焦鏡頭

5——測(cè)試表面

6——伸縮成像系統(tǒng)

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7——CCD相機(jī)

8——干涉圖案

Rc——曲率的半徑

圖A.1斐索干涉儀

A.2曲率半徑測(cè)量

首先將測(cè)試透鏡移動(dòng)到微透鏡的曲率中心與干涉儀光束的焦點(diǎn)重合的位置。然后，照

明光垂直入射到表面，并通過(guò)系統(tǒng)部分反射回光，形成干涉圖樣。然后調(diào)整透鏡的位置以

產(chǎn)生名義上是直線、平行和等距的干涉條紋，或者干涉圖案消失。然后，微透鏡沿z軸（光

學(xué)軸）移動(dòng)，直到光束焦點(diǎn)與微透鏡表面重合。在此位置，光線以貓眼模式部分反射回干涉

儀，與參考光束結(jié)合并形成干涉圖案。調(diào)整鏡頭位置，使條紋平行和等距，或強(qiáng)度變得均勻。

曲率半徑是上述兩個(gè)位置之間的測(cè)試透鏡的軸向位移。位移測(cè)量可以方便地使用激光測(cè)

長(zhǎng)干涉儀進(jìn)行。

注：在實(shí)踐中，很少獲得完全直的干涉條紋。被測(cè)鏡頭的像差效應(yīng)將導(dǎo)致一定程度的曲率，該曲率會(huì)

隨視場(chǎng)變化。測(cè)試系統(tǒng)中的殘余像差也可能很明顯，尤其是在使用貓的眼睛效應(yīng)時(shí)，波前會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

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附件B

（資料性）

微透鏡陣列間距的均勻性

B.1陣列幾何形狀的均勻性

測(cè)試微透鏡陣列幾何形狀的均勻性，方法之一是對(duì)比已知品質(zhì)的透鏡陣列進(jìn)行測(cè)試。相

對(duì)快速和簡(jiǎn)單的測(cè)試是將被測(cè)和參考透鏡陣列對(duì)齊形成一個(gè)摩爾條紋。

當(dāng)使用一組透鏡觀察位于焦平面的相同透鏡陣列時(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩爾紋圖案。當(dāng)參考透鏡陣

列與被測(cè)陣列對(duì)齊時(shí)，會(huì)觀察到摩爾紋，其中每個(gè)摩爾圖案由被測(cè)陣列的重復(fù)元素的放大圖

像組成。當(dāng)陣列相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，摩爾紋圖案的放大倍數(shù)和方向會(huì)發(fā)生變化。如果可以"消除"摩

爾條紋，則這兩個(gè)數(shù)組具有相似的幾何形狀。測(cè)量時(shí)必須將觀察方向排布為與陣列平面垂直，

以避免視差引起的誤差，如圖B.1所示。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——光源；

2——攝像機(jī)或觀察系統(tǒng)。

圖B.1查看由一對(duì)相似透鏡陣列生成的圖案

B.2原理

考慮兩個(gè)具有略微不同間距的透鏡陣列摩爾效應(yīng)，可以簡(jiǎn)單的理解摩爾放大鏡。間距或

周期定義為陣列中相鄰單元之間的距離。每個(gè)鏡頭的作用是對(duì)目標(biāo)陣列采樣，并在焦點(diǎn)處使

用目標(biāo)陣列有關(guān)的信息填充鏡頭的孔徑。

如果透鏡陣列的間距與目標(biāo)陣列完全相同且正確對(duì)齊，則所有鏡頭都將看到其相應(yīng)對(duì)象

的相同區(qū)域，并且視場(chǎng)將是均勻的，如圖B.2所示。這對(duì)應(yīng)于”條紋消失。

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

a——目標(biāo)陣列的周期；

b——透鏡陣列的周期。

圖B.2具有類似間距的一對(duì)鏡頭陣列

圖B.3具有不同間距的一對(duì)鏡頭陣列

如果兩個(gè)陣列的間距不同，如圖B.3所示，則每個(gè)鏡頭將看到其下方目標(biāo)陣列的相鄰

區(qū)域。

其中：

a——目標(biāo)陣列的周期；

b——透鏡陣列的周期。

當(dāng)掃描整個(gè)透鏡陣列時(shí)，將生成目標(biāo)陣列的摩爾條紋對(duì)齊圖像。這一直持續(xù)到透鏡陣列

錯(cuò)位一個(gè)周期，對(duì)應(yīng)于一個(gè)摩爾條紋，然后新條紋再次開(kāi)始。

這發(fā)生在第n個(gè)透鏡，其中：

na=（n+1）b（B.1）

其中：

n——透鏡編號(hào)；

a——對(duì)象陣列的周期;

b——透鏡陣列的周期，其中a≈b。

(B.2)

其中Δ是周期偏差

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Δ=a-b

?2

放大摩爾紋的尺寸；

?

（B.3）

放大倍數(shù)是?；

?

由此可以清楚地看出，隨著周期偏差趨于零，放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大?！盁o(wú)限”放大對(duì)

應(yīng)于消失的莫爾條紋。

放大的圖像是通過(guò)在多個(gè)離散點(diǎn)對(duì)物體進(jìn)行采樣來(lái)構(gòu)建的，這些點(diǎn)等于莫爾條紋中的

透鏡數(shù)量。然而，可以通過(guò)平移透鏡陣列來(lái)掃描整個(gè)物體。在這種情況下，分辨率由數(shù)值

孔徑和微透鏡的質(zhì)量決定。

B.3測(cè)試設(shè)備

需要與被測(cè)陣列具有相似間距的標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列、準(zhǔn)直照明、平移臺(tái)、觀察系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)

臺(tái)。

B.4步驟

要進(jìn)行快速評(píng)估，請(qǐng)將標(biāo)準(zhǔn)透鏡陣列近距離接觸并在淺色背景下查看。用薄墊片墊片

調(diào)整陣列的分離，直到看到測(cè)試陣列的放大圖像。橫向調(diào)整并相對(duì)于另一個(gè)陣列旋轉(zhuǎn)一個(gè)

陣列以生成波紋帶圖案。如果可以“弄松”條紋以實(shí)現(xiàn)均勻強(qiáng)度，則這兩個(gè)陣列具有相似

的幾何形狀。為了進(jìn)行更精確的評(píng)估，請(qǐng)將透鏡陣列安裝在平移臺(tái)上，并仔細(xì)對(duì)齊并拍攝

莫爾圖案。

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引言

微透鏡陣列是陣列光學(xué)器件中一類重要的光學(xué)元件，以單個(gè)透鏡、兩個(gè)或多個(gè)透鏡陣列

的形式，廣泛應(yīng)用于三維顯示、與陣列光輻射源和光探測(cè)器相關(guān)的耦合光學(xué)、增強(qiáng)液晶顯示

和光并行處理器元件。隨著科技不斷進(jìn)步，有必要制定一套技術(shù)內(nèi)容與國(guó)際接軌的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，

這樣既有利于推動(dòng)我國(guó)微透鏡陣列行業(yè)規(guī)范有序發(fā)展，又能更好地促進(jìn)相關(guān)貿(mào)易、交流和技

術(shù)合作。GB/T41869《光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列》就是在此背景下起草制定的，微透鏡陣

列標(biāo)準(zhǔn)擬由以下幾個(gè)部分組成。

——第1部分：術(shù)語(yǔ)。目的在于通過(guò)定義微透鏡及其陣列的基本術(shù)語(yǔ)，促進(jìn)微透鏡陣列

產(chǎn)品的應(yīng)用，有助于科研工作和行業(yè)從業(yè)者在共同理解的基礎(chǔ)上交流。

——第2部分：波前像差的測(cè)試方法。目的在于通過(guò)規(guī)范波前像差的測(cè)試方法，明確微

透鏡的基本特性。

——第3部分：光學(xué)特性測(cè)試方法。目的在于通過(guò)確定光學(xué)特性重要指標(biāo)的測(cè)試方法，

為供貨方產(chǎn)品交付提供依據(jù)。

——第4部分：幾何特性測(cè)試方法。目的在于通過(guò)確定幾何特性重要指標(biāo)的測(cè)試方法，

為供貨方產(chǎn)品交付提供依據(jù)。

微透鏡陣列系列標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)微透鏡術(shù)語(yǔ)、波前像差、光學(xué)特性和幾何特性測(cè)試方法的規(guī)

范。本文件主要規(guī)定了微透鏡陣列幾何特性的測(cè)試方法，是在波前像差、光學(xué)特性之外，

從結(jié)構(gòu)特性的維度定義微透鏡另一特性的測(cè)量。本文件規(guī)定了微透鏡陣列幾何特性的測(cè)試

裝置、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試原理、測(cè)試程序、測(cè)試結(jié)果處理等內(nèi)容，用于規(guī)范國(guó)內(nèi)微透鏡陣列

的幾何特性測(cè)試方法。

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光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列

第4部分：幾何特性的測(cè)試方法

1范圍

本文件規(guī)定了微透鏡陣列中微透鏡幾何特性的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試裝置及設(shè)備、測(cè)試準(zhǔn)備、

測(cè)試原理及測(cè)試程序等內(nèi)容。

本文件適用于表面浮雕結(jié)構(gòu)微透鏡陣列和梯度折射率微透鏡陣列。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅本文引用版本適用；未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的補(bǔ)充文

件）適用。

GB/T41869.1光學(xué)和光子學(xué)微透鏡陣列第1部分：術(shù)語(yǔ)

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T41869.1界定的，以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

注1：從GB/T41869部分采用的符號(hào)針對(duì)微透鏡陣列幾何特性描述，但有些符號(hào)可能不通用于表面形

貌測(cè)量。

注2：GB/T41869使用Px，Py和h來(lái)描述表面紋理測(cè)量幾何參數(shù)。Px，Py是間距參數(shù)，為包含輪廓頂點(diǎn)

和相鄰谷底的截面線性長(zhǎng)度的平均值。幅值參數(shù)h為鏡頭輪廓頂點(diǎn)和輪緣之間的平均差值。微透鏡陣列的

幾何特性見(jiàn)圖1。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——基板；

Tc——物理厚度；

Rc——曲率的半徑；

Px，Py——間距；

h——表面調(diào)制深度（鏡頭下垂）。

圖1微透鏡陣列的幾何參數(shù)

1

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3.1

間距pitch

Px，Py

相鄰鏡頭中心之間的距離，可能因方向而異，如圖1。

注1：間距單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，術(shù)語(yǔ)3.3.1.5]

注2：對(duì)于接觸式輪廓儀，這通常等同于根據(jù)粗糙度輪廓RSm計(jì)算的輪廓元素的平均寬度RSm（參見(jiàn)

ISO4287：1997中的3.2.2和4.3.1）。

3.2

表面浮雕深度surfacemodulationdepth

h

微透鏡陣列表面高度峰谷值的差，如圖1。

注1：對(duì)于純折射微透鏡即為鏡頭矢高。

注2：表面調(diào)制深度單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，3.3.1.8]

注3：接觸式輪廓儀，通常等同于Rz（參見(jiàn)ISO4287：1997中的4.1.3）。

3.3

微透鏡陣列厚度physicalthickness

Tc

透鏡陣列的最大局部厚度。

注:微透鏡陣列厚度單位為毫米。

[來(lái)源：GB/T41869.1-2022，3.3.1.9]

3.4

曲率半徑radiusofcurvature

Rc

從微透鏡頂點(diǎn)到微透鏡表面曲率中心的距離。

注1：曲率半徑單位為毫米。

注2：適用于旋轉(zhuǎn)不變性微透鏡或圓柱形微透鏡。

3.5

填充因子fillfactor

FF

微透鏡單元覆蓋的全部區(qū)域與整個(gè)為透鏡陣列面積的比值。

2

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4測(cè)試項(xiàng)目

測(cè)試項(xiàng)目包括：

a)間距和表面浮雕深度（矢高）；

b)物理厚度；

c)曲率半徑；

d)面形精度；

e)表面粗糙度；

f)填充因子。

5間距和表面浮雕深度的測(cè)量

5.1使用接觸式輪廓儀測(cè)量

5.1.1測(cè)量概述

基本原理是使用接觸式輪廓儀獲取微透鏡陣列表面的輪廓。應(yīng)確保輪廓通過(guò)每個(gè)透鏡的

中心，探針在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中與表面保持接觸。間距和曲面浮雕深度確定測(cè)量量程的設(shè)置。

5.1.2測(cè)量準(zhǔn)備

微透鏡陣列的幾何特性的測(cè)量原則上與使用接觸式輪廓儀測(cè)量其他任意表面相似。典型

的接觸式輪廓儀包括一個(gè)探針（用于物理接觸表面）和一個(gè)傳感器（把垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信

號(hào)）。其他部件見(jiàn)圖3，包括：電機(jī)和變速箱驅(qū)動(dòng)的拾取組件，以恒定的速度將探針在表面上

繪制；電子放大器，將探針傳感器的信號(hào)提升到有用的水平；用于記錄放大信號(hào)的設(shè)備或自

動(dòng)收集數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。

與微透鏡陣列表面接觸的探針部分通常是精密制造的金剛石尖端。由于微透鏡形狀限制，

在某些陣列上探針端可能無(wú)法接觸谷底，使得測(cè)量結(jié)果失真或被過(guò)濾。探針壓力會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)

果產(chǎn)生顯著影響。壓力過(guò)高可能會(huì)損壞陣列表面。壓力過(guò)低，探針無(wú)法可靠地與表面接觸。

接觸式輪廓儀應(yīng)當(dāng)盡可能遠(yuǎn)離灰塵、振動(dòng)和陽(yáng)光直射等環(huán)境中使用，環(huán)境溫度保持在

20°C±2°C范圍內(nèi)（無(wú)冷凝濕度低于70%相對(duì)濕度）。最好用過(guò)濾的空氣吹表面，清除儀器

表面的任何嚴(yán)重臟污。并使用合適的溶劑去除油或油脂。

在環(huán)境較差條件下進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)充分考慮環(huán)境的影響。

3

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標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——底座；

2——夾具；

3——被測(cè)試微透鏡；

4——探針；

5——探頭（拾?。?；

6——測(cè)量回路；

7——支架；

8——驅(qū)動(dòng)單元。

圖3典型接觸式輪廓儀的組成

接觸式輪廓儀上的電氣單元在進(jìn)行測(cè)量前應(yīng)至少提前半小時(shí)打開(kāi)。這將使儀器有時(shí)間穩(wěn)

定（制造商的說(shuō)明通常會(huì)指定給定儀器的最小穩(wěn)定時(shí)間）。在測(cè)量之前，對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)至

關(guān)重要。在校準(zhǔn)儀器之前，應(yīng)檢查探針是否有磨損或損毀的跡象。損壞的探針尖端可能導(dǎo)致

嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

校準(zhǔn)測(cè)量后，應(yīng)將指示值與被測(cè)試對(duì)象標(biāo)稱值進(jìn)行比較。如果測(cè)量值與校準(zhǔn)證書(shū)上顯示

的值不同，則需要重新校準(zhǔn)。

5.1.3探針大小和形狀

正確選擇探針的尺寸和形狀非常重要，因?yàn)樗ㄟ^(guò)多種方式影響測(cè)量準(zhǔn)確性。在具有深

而窄凹陷的陣列上，因?yàn)楣P尖半徑或探針側(cè)面角太大，探針可能無(wú)法完全滲透到底部。在這

種情況下，曲面浮雕深度的值將小于實(shí)際值。理想的探針形狀是帶有球形尖端的圓錐體。這

通常具有60°或90°的錐角，典型尖端半徑為1μm、2μm、5μm或10μm。

5.2用共聚焦顯微鏡測(cè)量

5.2.1測(cè)量概述

共聚焦原理