专利名称：用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造圆光栅的方法及装置，特别涉及一种一次成形光栅线制造圆光栅的方法及装置。
背景技术：
众所周知光盘用量巨大，通常制造光栅的装置大多是长、圆刻线机。以光刻法为例制造圆光栅的工序大致如下机械刀刻单缝在涂有不透光颜色层的玻璃薄片上，用“刀”刻划出一条透光单缝，单缝宽度取决于圆光栅栅线宽度和单缝制造工艺等因素，一般为5-10um。光学光刻扇形，将单缝安装在圆刻线机支架(也叫刀桥)的小船上，调整单缝与圆刻线机间的中心距离(即圆光栅栅线半径)和偏心，将涂有感光材料的玻璃基片放置在圆刻线机工作台托盘上(在透光单缝的正下方)，在支架上方(在透光单缝的正上方)放置一个光源曝光装置，转动圆刻线机和启动光源曝光装置后，就能将单缝的像投影到感光基片上，形成一组刻线扇形，360°与扇形角大小之比为整数m，倍增法光刻园光栅，将单缝换成扇形片，调整距离和偏心，把涂有感光材料的圆光栅毛坯放置在圆刻线机托盘上，启动光源曝光装置和转动圆刻线机，使扇形的一组栅线的像投影到圆光栅毛坯上，圆刻线机旋转360°，曝光m次数后，在圆光栅毛坯上就得到一整圈的光栅线；显影、去胶、烘干后即为一块完整的圆光栅。这种传统方法制造的圆光栅，栅线质量不理想，即栅线边缘发毛、陡度小、直线性差，不能一次成形。这些将会直接影响光栅的质量；而且制造工序多、复杂、周期长。
还有的用激光直写装置取代圆刻线机，即用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯扫描曝光，该过程虽然由计算机自动控制完成，但是，仍然不能一次成形，需由位移传感器、驱动装置、光线扫描头等反复调整六者形成闭环时才能完成，且栅线质量仍不很理想，所用设备较多，制造成本较高。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种成本较低、操作简便、快捷用线性光学元件一次成形制造圆光栅的方法。
本发明的目的之二在于克服现有技术的不足，提供一种制作简便、精确度高、成本较低的可一次成形制造圆光栅的装置。
为达到本发明目的之一，本发明提供一种用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法，具体技术方案是利用透明光学材料制成线性元件，由激光通过该线性光学元件照射涂有感光材料的载体，一次成形整圈的圆光栅线，经物化、干燥处理得到一次成形的圆光栅。
本发明所述的用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法中，用激光直接照射光学线性元件，并在涂有感光材料的载体上得到圆光栅的步骤为(1)用透明光学材料制作光学线性元件；(2)调整光路a.开启激光器；b.加扩束镜扩束；c，再加准直镜，调整准直镜的前后位置使之产生平行光；d.在平行光轴线上放置光学线性元件，使输出的所有光均通过该光学线性元件的中心；e.在光学线性元件的后焦面形成干涉图样的位置，放置涂有感光记录材料的记录载体；f.后在激光器与扩束镜之间放置曝光时间控制器，开启曝光时间控制器，在记录载体上便可一次成形整圈的圆光栅线；(3)固化记录载体物化、干燥处理，即可得到按设计所需栅线的圆光栅。
本发明所述的用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是制作线性元件的材料为透明光学塑料，如有机玻璃，树脂等光学材料。
本发明所述的用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是记录载体可以是玻璃、金属、塑料、机玻璃，树脂、木材及衍生物等为达到本发明目的之二，本发明提供一种一次成形制造圆光栅的装置，具体采用的技术方案它是由激光器、曝光时间控制器、扩束镜、准直镜、利用透明光学材料制成的光学线性元件、载体架构成，且依次安装在底座上；由激光器发出的激光，经曝光时间控制器控制、扩束镜扩束，调整准直镜的前后位置使之产生平行光；在平行光轴线上安装光学线性元件，使输出的所有光均通过光学线性元件的中心，在光学线性元件的后焦面形成干涉图样的位置安装载体架。
为使本装置有更好的通用性，满足不同规格光栅光路调整的需要，本实用新型所有器件都是通过可调节架安装在底座上本发明所述的一次成形制造圆光栅的装置，其特征是光学线性元件的材料为透明光学塑料，如有机玻璃，树脂等光学材料。
本发明与现有技术相比，有如下优点采用本发明的一次成形光栅线制造圆光栅的方法及装置，可以一次成形整圈的圆光栅线。它是用激光直接照射光学线性元件，在光学线性元件后焦面形成干涉图样的的位置，放置涂有感光材料的记录载体，激光射在记录载体上，便可得到整圈的圆光栅线，即一次成形整圈的圆光栅线，每块圆光栅制造的过程仅需2-4分钟。与现有技术中“机械刀刻单缝、光学光刻扇形和倍增法光刻圆光栅”以及“用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯扫描曝光，由计算机自动控制制造圆光栅线”相比，本发明的装置制作简单、便携；应用本发明的装置及用本发明的方法制造圆光栅快捷，其光路调整方便，光路调好后，对一种规格的光栅可长期使用，便于批量生产，大大简化了制造圆光栅的工序，时间大为缩短，省时省工，提高了工效和可靠性，大大降低了制造成本，且栅线整齐、直线性好，精确度高。
图1是线性元件结构示意图。图2为激光直接照射线性元件制造圆光栅的光路示意图，其中激光器1，曝光时间控制器2，扩束镜3，准直镜4，光学线性元件5，记录载体6x；图3是一次成形制造圆光栅的装置整体结构示意图，其中激光器1，曝光时间控制器2，扩束镜3，准直镜4，光学线性元件5，载体架6，底座7；图4为用激光直接照射线性元件制造圆光栅的栅线质量图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1如图1所示，是本发明的方法制造圆光栅所用关键元件——光学线性元件结构示意图，其制造方法为用45mm*45mm*25mm K9玻璃粗加工成的直径为40mm，高为22mm等腰锥形毛坯；然后用金刚砂粗磨至直径为40mm，高为22mm等腰锥形坯，再用研磨膏抛光，直至制成直径为40mm高为22mm的透明等腰锥体。制作光学线性元件用透明光学塑料，如有机玻璃，树脂等光学材料。还可以采用预制模具浇铸后抛光制成。线性元件的加工精度要高，如果锥面不平直，形成的干涉圆环不圆，将影响光栅的直线性，因此，锥面一定要平直。该线性元件条纹为0.8μm。根据条纹的需要，可调整锥体的直径和高度加工制成不同的线性元件，用于制造不同条纹的圆光栅。
图2为激光直接照射线性元件制造圆光栅的光路示意图，激光器[1]采用输出632.8nm单模的激光器，曝光时间控制器[2]采用DSQ-II曝光定时器，经扩束镜[3]扩束，扩束镜[3]选用8X，准直镜[4]选用φ45mm f＝140mm，准直镜[4]将光束调整成为平行光，在平行光轴线上放置光学线性元件[5]，光学线性元件[5]的后焦面位置放置记录载体6x。
调整光路按照图2所示调整光路，首先开启激光器[1]，加扩束镜[3]扩束，再加准直镜[4]，调整准直镜的前后位置使之产生平行光；在平行光轴线上放置光学线性元件[5]，使输出的所有光均通过光学线性元件[5]的中心，在线性元件[5]的后焦面形成干涉图样的位置，放置涂有感光材料的记录载体6x，最后在激光器[1]与扩束镜[3]之间放置曝光时间控制器[2]，至此光路调整完毕。此光路调整方便，光路调好后，对一种规格的光栅可长期使用，便于批量生产。
制造园光栅开启激光器[1]、曝光时间控制器[2]，由激光器发出的光束，由激光器发出的光束，通过曝光时间控制器[2]控制曝光时间，记录载体6x上便可得到整圈的圆光栅线，即一次成形整圈的圆光栅线，方便快捷。曝光一曝光时间由记录载体6x上的感光材料来定。感光材料可以是银盐乳胶、明胶、光致抗蚀剂、光敏材料、热塑等。曝光后的感光材料，经显影、定影、漂白等物化处理，水洗，自然干燥或风干就可完成按设计所需的圆光栅全部栅线图形的制造。记录载体可以是玻璃、金属、塑料、机玻璃，树脂、木材及衍生物等等，依据实际需要，只要更换记录载体，就可批量按要求生产。
激光直接照射光学线性元件制造圆光栅，每块圆光栅的制造过程仅2-4分钟。如图4中a.为放大630倍(630X)圆光栅的图像，b.为放大900倍(900X)时圆光栅的图像，可以明显看出，本发明制造的圆光栅栅线质量好，整齐、直线性好，精确度高。
实施例2如图3所示，是本发明的一次成形制造圆光栅的装置整体结构示意图，其底座[7]采用5mm厚的钢板或铁板，尺寸1000mm×400mm，用于安装光路中的各元器件。激光器[1]采用波长为632.8nm的单模氦氖激光器，安装在底座[7]的最前端，在距离激光器[1]出口100mm的位置安装曝光时间控制器[2]，曝光时间控制器[2]采用DSQ-II曝光定时器；在距离曝光时间控制器[2]100mm的位置安装扩束镜[3]，扩束镜[3]选用8X的，此扩束镜[3]正好位于焦距为150mm的准直透镜[4]的前焦平面上，准直镜[4]选用φ45mmf＝140mm，调整准直镜的前后位置使之产生平行光；在平行光轴线上安装光学线性元件[5]，使输出的所有光均通过光学线性元件(5)的中心，在线性元件[5]的后焦面形成干涉图样的位置安装载体架[6]。本发明的光路如图2所示，光路调整方便，光路调好后可长期使用。为使本装置有更好的通用性，满足不同规格光栅光路调整的需要，使其装置更为人性化，故该装置的所有器件都是通过可调节架安装在底座上。
制造园光栅时只要将涂有感光材料的记录载体6x放置在载体架[6]上，开启激光器[1]、曝光时间控制器[2]，由激光器发出的光束，通过曝光时间控制器[2]控制曝光时间，记录载体6x上便可得到整圈的圆光栅线，即一次成形整圈的圆光栅线，方便快捷。其余同实施例1。
权利要求
1.一种用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是利用透明光学材料制成线性元件，由激光通过该线性光学元件照射在涂有感光材料的载体上，一次成形整圈的圆光栅线，经物化、干燥处理得到一次成形的圆光栅。
2.根据权利要求1所述的用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是用激光直接照射光学线性元件，并在涂有感光材料的载体上得到圆光栅的步骤为(1)用透明光学材料制作光学线性元件；(2)调整光路a.开启激光器；b.加扩束镜扩束；c，再加准直镜，调整准直镜的前后位置使之产生平行光；d.在平行光轴线上放置光学线性元件，使输出的所有光均通过光学线性元件的中心；e.在光学线性元件的后焦面形成干涉图样的位置，放置涂有感光材料的记录载体；f.最后在激光器与扩束镜之间放置曝光时间控制器，开启曝光时间控制器，在记录载体上便可一次成形整圈的圆光栅线；(3)固化记录载体物化、干燥处理，即可得到按设计所需栅线的圆光栅。
3.根据权利要求2所述的用线性光学元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是记录载体所涂感光材料可是银盐乳胶、明胶、光致抗蚀剂、光敏材料、热塑等。
4.根据权利要求2所述的用线性光学元件一次成形制造圆光栅的方法，其特征是记录载体可以是玻璃、金属、塑料、机玻璃，树脂、木材及衍生物等
5.一种一次成形制造圆光栅的装置，其特征在于它是由激光器、曝光时间控制器、扩束镜、准直镜、利用透明光学材料制成的光学线性元件、载体架构成，且依次安装在底座上；由激光器发出的激光，经曝光时间控制器控制、扩束镜扩束，调整准直镜的前后位置使之产生的平行光；在平行光轴线上安装光学线性元件，使输出的所有光均通过光学线性元件的中心，在光学线性元件的后焦面形成干涉图样的位置安装载体架。
6.根据权利要求5所述的一次成形制造圆光栅的装置，其特征是所有器件都是通过可调节架安装在底座上。
7.根据权利要求5所述的一次成形制造圆光栅的装置，其特征是光学线性元件的材料为透明光学塑料，如有机玻璃，树脂等光学材料。
全文摘要
本发明公开了一种用光学线性元件一次成形制造圆光栅的方法及装置，解决了栅线质量不理想，直线性差，所用设备较多，成本较高，且制造工序多、复杂、周期长等问题。技术方案是利用透明光学材料制成线性元件，由激光通过该光学线性元件照射涂有感光材料的载体，一次成形整圈的圆光栅线，经物化、干燥处理得到一次成形的圆光栅。装置由激光器、曝光时间控制器、扩束镜、准直镜、利用透明光学材料制成的光学线性元件、载体架构成，且依次安装在底座上。本发明的光路调整方便，光路调好后可长期使用，大大简化了制造圆光栅的工序，时间大为缩短，省时省工，提高了工效和可靠性，大大降低了圆光栅的制造成本，且栅线整齐、直线性好，精确度高。
文档编号G11B7/24GK1837963SQ200610013550
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者李秋祯, 张淑良 申请人:天津师范大学