微透鏡陣列是由直徑從幾百納米到幾毫米的子透鏡在基板上按一定排列順序組成的，單元數目從幾千到幾萬不等。由於微透鏡陣列中的每一個子透鏡都擁有唯一的光軸，若所有子透鏡的參數相同，則他們的光學性能都應相同，而將所有的單元結構作為一個陣列整體時，又擁有一個主光軸。因此與傳統的單透鏡相比，微透鏡陣列擁有極高的並行性，每個子透鏡可以相互獨立的傳輸光學信號，互不幹擾，就相當於存在著大量的二維並行光路，每個子透鏡都具有對光信息進行傳輸、變換成像等功能。
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微透鏡陣列的分類
微透鏡陣列根據外形的不同，可分為平面微透鏡陣列和曲面微透鏡陣列。
平面微透鏡陣列較為常見，每個子透鏡光軸相互平行，如應用在光場相機和一些 CCD 傳感器中的微透鏡陣列；昆蟲的複眼結構就是典型的曲面微透鏡陣列，具有大視角，高解析度等優點。除卻外形分類方法，還可以依據光的折射和衍射原理將微透鏡陣列分為折射型微透鏡陣列和衍射型微透鏡陣列。
子透鏡表面呈現光滑且連續狀的多為折射型微透鏡陣列，在成像顯示、光束準直、光互聯以及微掃描等方面有較多的應用；表面呈現浮雕結構的往往是衍射型微透鏡陣列，在圖像識別與處理、電光探測器、空間光學等領域有較多的應用。如圖1所示為微透鏡為圓形的平面微透鏡陣列結構示意圖，其主要結構參數有陣列周期p、陣列厚度t、陣列尺寸L×W、微透鏡（子透鏡）焦距f，其中，陣列周期p為相鄰的兩個微透鏡光軸的距離。
圖1.平面微透鏡陣列結構示意圖。
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微透鏡陣列的製造
目前微透鏡陣列的製作方法主要有光刻膠熔融技術、反應離子束刻蝕技術、微噴列印技術、雷射直寫技術、電潤溼成型技術和納米壓印技術等， 其優缺點對比請見下表。
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平面微透鏡的應用
微透鏡列陣具有聚焦、成像等基本功能，又有單元尺寸小、集成度高等特點，能夠完成傳統光學元件無法完成的功能，是許多新型光學系統的核心器件，如Shack-Hartmann波前傳感、紅外焦平面探測或CCD列陣光聚能、雷射列陣掃描、雷射顯示、光纖耦合、光束勻化、光束整形等系統。下面針對Shack-Hartmann波前傳感、雷射列陣掃描、光束勻化三個方面的應用進行簡要介紹。
Shack-Hartmann波前傳感系統
如圖2所示為Shack-Hartmann波前傳感系統原理示意圖，①為理想的平面波前，②為微透鏡陣列，③為CCD傳感器，④為發生畸變的波前。通過調整微透鏡陣列和CCD的相對位置（即使CCD傳感器位於微透鏡陣列的焦平面，且CCD傳感器的每一塊感光區域的中心在與之對應的微透鏡的光軸上），可以使理想的平面波前聚焦在CCD傳感器各塊感光區域的中心。如果入射光不是理想平面波前，則CCD傳感器上的焦點位置會移動甚至消失。
圖2.Shack-Hartmann波前傳感系統原理示意圖。
雷射列陣掃描系統
微透鏡陣列用於掃描光學系統時，主要是基於克卜勒或伽利略望遠結構。如圖3所示為伽利略式微透鏡陣列掃描原理，當負微透鏡陣列在垂直於光軸的方向發生相對位移時，其出射光束就會發生偏轉，負微透鏡陣列的移動距離決定了偏轉角的大小。負微透鏡陣列的移動距離受到以下兩方面的限制：
(1) 負微透鏡陣列在橫向移動的過程中，必須保證對應的正微透鏡的光束不會從陣列之外的地方出射，否則將造成出射光束的串擾。
(2) 為了確保入射準直光束經過微透鏡陣列出射時不會發散，需要保證正負微透鏡陣列的焦平面重合，即正負微透鏡的焦距確定了兩個微透鏡陣列的相對位置。
圖3.伽利略式微透鏡陣列掃描原理示意圖。
勻光系統
半導體雷射器具有高效率、小體積、低成本、高可靠性等優點，在工業、軍事、醫療等領域有著廣泛的應用。均勻照明是實現這些應用的關鍵手段之一，尤其是雷射泵浦、雷射加工等對光束均勻性有著嚴格的要求，而半導體雷射器的雷射呈高斯分布，需要通過光學系統使其均勻化。
圖4.微透鏡陣列均勻化光束的原理圖。
微透鏡陣列對雷射光束有擴束均勻化的作用。如圖4所示為微透鏡陣列均勻化光束的原理圖，由微透鏡陣列和焦距為f的傅立葉透鏡組成。微透鏡陣列均勻化光束是一個先微分後積分的過程，首先微透鏡陣列將入射光束分割成很多個小單元，光束在每個單元的能量分布可以近似看成是均勻分布的，而每一個微透鏡對應的光束都會在傅立葉透鏡後焦面均勻分布。透過各個微透鏡的光束在傅立葉透鏡後焦面疊加，完成光束均勻化。