引言

微透鏡陣列作為由數百至數千個微米級透鏡單元組成的光學元件，在成像系統、光通信、傳感器等領域應用廣泛，其表面微觀 3D 輪廓參數（如曲率半徑、面型誤差、中心厚度等）直接影響光學性能。白光干涉儀憑借非接觸、高精度、三維成像的特點，成為微透鏡陣列微觀輪廓測量的核心工具，有效解決了傳統接觸式測量易損傷樣品、光學顯微鏡無法量化高度信息的難題。

微透鏡陣列測量的核心需求

微透鏡陣列的測量需同時滿足三個關鍵要求：一是高精度的三維參數提取，需準確獲取每個透鏡單元的曲率半徑（誤差需控制在 1% 以內）、頂點高度、面型粗糙度（通常要求 Ra<10nm）；二是大面積快速檢測，由于陣列包含大量單元，測量效率需滿足批量檢測需求；三是非接觸測量，避免對微透鏡表面（尤其是樹脂、玻璃等易損材料）造成劃傷或形變。

傳統測量方法中，探針式輪廓儀雖精度較高，但接觸式測量易損傷表面且效率低下；激光共聚焦顯微鏡橫向分辨率高，但垂直精度不足，難以滿足曲率半徑的精確計算。白光干涉儀的技術特性恰好匹配這些需求，成為行業主流選擇。

白光干涉儀的技術適配性

精度與分辨率優勢

白光干涉儀的垂直分辨率可達 0.1nm，橫向分辨率達 1μm，能清晰捕捉微透鏡表面的納米級起伏，滿足面型誤差和粗糙度的測量要求。其基于干涉條紋分析的原理，可通過相位解包裹算法計算透鏡表面各點的絕對高度，進而精確推導曲率半徑等關鍵參數，測量重復性誤差小于 0.5%。

大面積與快速成像能力

通過拼接掃描技術，白光干涉儀可實現毫米級視場的一次性測量，覆蓋整個微透鏡陣列。例如，對 10×10 陣列的 100μm 口徑微透鏡，單次掃描時間僅需 30 秒，遠快于探針式測量（單個單元需數分鐘），且通過自動化程序可實現陣列單元的批量識別與參數提取。

非接觸與表面適應性

采用光學干涉原理，測量過程中與樣品無物理接觸，可適配玻璃、聚合物、半導體等多種材料的微透鏡。對于透明微透鏡，可通過調整光源波長或采用反射式測量模式，避免透射光干擾，確保測量信號的穩定性。

具體測量流程與關鍵技術

測量系統搭建

需配備高數值孔徑物鏡（NA=0.85）以提升橫向分辨率，結合壓電掃描臺（行程 500μm）實現 Z 向精密掃描。測量前需進行系統校準，通過標準球面鏡校準曲率半徑測量精度，通過臺階樣板校準高度測量準確性。

數據采集與處理

將微透鏡陣列固定在載物臺后，系統自動對焦并進行三維掃描，獲取干涉條紋數據。通過以下步驟處理數據：一是條紋包絡提取，利用希爾伯特變換獲取各像素點的高度信息；二是陣列單元分割，通過圖像識別算法自動區分不同微透鏡單元；三是參數計算，對每個單元擬合球面方程，計算曲率半徑、頂點坐標等參數，并生成面型誤差云圖。

典型應用案例

在某聚合物微透鏡陣列（50×50 單元，口徑 50μm）測量中，白光干涉儀成功識別出 3 個存在面型誤差超標的單元（面型偏差 > 500nm），并測得平均曲率半徑為 250μm，與設計值偏差 0.8%，粗糙度 Ra 均小于 5nm，為后續工藝優化提供了精準數據。在玻璃微透鏡陣列測量中，通過反射模式有效抑制了透射光干擾，測量重復性標準差控制在 3nm 以內。

應用中的挑戰與解決方案

邊緣效應與陰影干擾

微透鏡邊緣的陡峭坡度易導致干涉條紋模糊，可通過采用多角度照明或增加掃描步長（如 5nm / 步）提升邊緣數據質量。對于深溝槽區域的陰影，可結合圖像拼接技術融合不同角度的測量數據。

透明樣品的信號處理

透明微透鏡的前后表面反射光會產生干擾條紋，需通過涂層處理（如蒸鍍薄金屬膜）增強表面反射率，或采用雙波長干涉技術區分前后表面信號。

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三大核心技術革新?

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3）動態測量新維度：可集成多普勒激光測振系統，打破靜態測量邊界，實現 “動態” 3D 輪廓測量，為復雜工況下的測量需求提供全新解決方案。?

實測驗證硬核實力?

1）硅片表面粗糙度檢測：憑借優于 1nm 的超高分辨率，精準捕捉硅片表面微觀起伏，實測粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，為半導體制造品質把控提供可靠數據支撐。?

（以上數據為新啟航實測結果）

有機油膜厚度掃描：毫米級超大視野，輕松覆蓋 5nm 級有機油膜，實現全區域高精度厚度檢測，助力潤滑材料研發與質量檢測。?

高深寬比結構測量：面對深蝕刻工藝形成的深槽結構，展現強大測量能力，精準獲取槽深、槽寬數據，解決行業測量難題。?

分層膜厚無損檢測：采用非接觸、非破壞測量方式，對多層薄膜進行 3D 形貌重構，精準分析各層膜厚分布，為薄膜材料研究提供無損檢測新方案。?

新啟航半導體，專業提供綜合光學3D測量解決方案！