一塊微透鏡陣列樣品，放在顯微鏡下看起來可能看不出問題。但裝進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)后，聚焦偏移、光能分布異常甚至成像質(zhì)量下降都可能發(fā)生。問題不在肉眼可見的表面，而藏在微米級(jí)的結(jié)構(gòu)誤差里——透鏡高度差幾微米，曲率偏幾個(gè)百分點(diǎn)，光線傳播路徑就變了。

熱壓成形出來的陣列，模具復(fù)制了多少、材料填沒填滿、表面有沒有缺陷，光靠看答不上來。光子灣共聚焦顯微鏡用光學(xué)切片做非接觸三維掃描，把微結(jié)構(gòu)的高度、輪廓和缺陷直接拍成數(shù)據(jù)圖。

微透鏡陣列制造的精密檢測(cè)

(a) 微透鏡陣列模具表面質(zhì)量表征；(b) 局部 3×3 微透鏡陣列模具表面質(zhì)量表征

微透鏡陣列在AR/VR顯示、手機(jī)攝像和光通信模塊中用于光束整形、能量分布優(yōu)化和光路耦合。這種器件有個(gè)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)越小，對(duì)誤差越敏感。

做傳統(tǒng)光學(xué)元件，幾十微米的誤差也許還能接受。到了微透鏡陣列上，單個(gè)透鏡的高度、曲率差一點(diǎn)，整組陣列的光學(xué)性能就受影響。

制造時(shí)把PMMA或玻璃加熱到能流動(dòng)的狀態(tài)，壓進(jìn)模具微結(jié)構(gòu)成形。PMMA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約105℃，模壓溫度需在其以上20-30℃區(qū)間，材料才處于適合填充的粘彈性狀態(tài)。

影響微透鏡復(fù)制質(zhì)量的因素

(a) 熱壓溫度為 100C 時(shí)的非球面微透鏡陣列及與局部共聚焦激光顯微鏡圖；(b) 模壓溫度為100C 時(shí)，非球面透鏡輪廓與模具輪廓對(duì)比曲線；

熱壓成形要調(diào)的參數(shù)主要有三個(gè)：模壓溫度、模壓壓力和保壓溫度。怎么搭配，直接決定材料能不能填滿模具。

以PMMA陣列正交試驗(yàn)為例，通過三因素三水平正交表分析了參數(shù)組合對(duì)復(fù)制效果的影響。模壓溫度低于PMMA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)（如100℃），填充率不足70%；130℃、400N條件下，透鏡輪廓與模具基準(zhǔn)偏差約4μm。保壓溫度降至50℃時(shí)彈性回復(fù)基本消除。溫度過高時(shí)PMMA內(nèi)部容易產(chǎn)生氣泡，脫模時(shí)還可能與模具粘附。

換種材料、換套模具，參數(shù)窗口就變了。參數(shù)調(diào)完，得用三維形貌測(cè)量來驗(yàn)證。

共聚焦顯微鏡測(cè)量微透鏡陣列填充率

(a) 模具的 3×3 微透鏡陣列表征；(b) 樣品的 3×3 微透鏡陣列表征；(c)原始測(cè)量表面；(d)兩個(gè)徑向橫截面的輪廓和誤差

微透鏡陣列獲取完整三維數(shù)據(jù)

填充率是檢測(cè)的首要指標(biāo)——成形透鏡實(shí)際高度占模具設(shè)計(jì)高度的百分比。單看局部容易漏判，所以用共聚焦顯微鏡對(duì)整個(gè)3×3陣列做光學(xué)切片掃描，一次覆蓋全場(chǎng)。

掃描完拿到完整表面形貌數(shù)據(jù)，可提取單透鏡高度、陣列高度分布、徑向截面輪廓和異常區(qū)域。

通過高度輪廓計(jì)算復(fù)制精度

三維數(shù)據(jù)到手后，截取單個(gè)透鏡徑向截面，拿實(shí)測(cè)高度跟模具基準(zhǔn)一比，復(fù)制率直接出來。研究就是用這個(gè)方法鎖定了PMMA在130℃附近的成形區(qū)間。結(jié)果還能導(dǎo)出做仿真比對(duì)，同一塊樣品反復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)可追溯。

高深寬比結(jié)構(gòu)下邊緣光散射會(huì)帶進(jìn)誤差，得配合白光干涉儀局部校準(zhǔn)。實(shí)測(cè)中共聚焦顯微鏡對(duì)弧面凹陷有噪聲干擾，兩種儀器配合更好。

非接觸測(cè)量適合精密光學(xué)元件檢測(cè)

精密光學(xué)元件表面容不得半點(diǎn)劃痕。非接觸測(cè)量把風(fēng)險(xiǎn)降到很低。

微透鏡陣列表面光潔度要求高，PMMA等聚合物材料硬度又低。接觸式探針的壓力可能劃傷表面，甚至改變微結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

共聚焦顯微鏡掃描已經(jīng)避開物理接觸，對(duì)PMMA和紅外玻璃這類較軟材料特別合適。批量檢測(cè)時(shí)一套系統(tǒng)處理多批樣品，不用頻繁更換耗材。

光學(xué)檢測(cè)準(zhǔn)確性直接決定良率。選設(shè)備要在分辨率和通量間找平衡——精度夠用，但掃太久也不行。

共聚焦顯微鏡檢測(cè)微透鏡制造缺陷

PMMA 內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣泡

缺陷看不清，工藝沒法收口。共聚焦顯微鏡把氣泡、粘連、裂紋、變形拍成圖，方便看出哪種缺陷、在哪個(gè)位置、多嚴(yán)重，表面結(jié)構(gòu)一目了然。

掃描圖里，氣泡表現(xiàn)為局部凸起或空洞，粘連拉傷是不規(guī)則撕裂。將共聚焦顯微鏡和白光干涉儀數(shù)據(jù)對(duì)照，發(fā)現(xiàn)規(guī)律：模壓溫度偏高氣泡增多；保壓不足回彈變形加劇。

檢測(cè)結(jié)果出來后，調(diào)參數(shù)就有了依據(jù)。不過方法也有邊界：陣列密度高或材料對(duì)激光不敏感時(shí)，數(shù)據(jù)可能有偏差，需配合其他儀器校準(zhǔn)。

微透鏡陣列制造中的三維檢測(cè)技術(shù)，正在把熱壓成形從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。共聚焦顯微鏡和白光干涉儀讓填充率量化、三維形貌測(cè)量和表面形貌檢測(cè)變得日常可靠。它們幫團(tuán)隊(duì)更快找到參數(shù)窗口，也為下游應(yīng)用筑牢質(zhì)量基礎(chǔ)。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，符合ISO25178標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

光子灣3D共聚焦顯微鏡

l 超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

l 提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

l 采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

l 提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測(cè)量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動(dòng)多領(lǐng)域技術(shù)升級(jí)的重要光學(xué)測(cè)量工具。