专利名称：光栅分光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分光系统，特别是涉及一种用透射式闪耀光栅和微透镜所组成的分光系统。
背景技术：
目前广泛应用于光学领域的分光系统普遍采用分光镜、微棱镜组或滤色片，这几种分光系统光利用率低，光强弱，且谱线宽度小，而用于光栅光谱仪或激光收窄线宽方面的反射式闪耀光栅或透射式闪耀光栅与透镜所组成的分光系统由于同时利用了光的衍射和干涉原理，可以通过调节闪耀角的大小得到入射光能量80％的所需波长的单色光，且谱线宽度小、纯净度高，但由于这种技术目前所使用的透镜为一个透镜，所以只能得到明暗相间的条纹而不能得到光强分布图像，因此还没有用于成像、摄制和显示等方面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能得到光强分布图像的分光系统，并且所需波长的单色光的谱线宽度小、纯净度高、光利用率高。
本发明解决技术问题的技术方案是一种光栅分光系统，包括刻有若干条闪耀角为θ的刻痕的透射式闪耀光栅和微透镜，其特征在于所述微透镜为微透镜阵列。
所述微透镜阵列呈条状并纵向排列也可以呈段状并呈四方连状排列。
本发明还可以是在所述闪耀角为θ的若干条刻痕下还依次刻有若干条至少一种不同闪耀角的刻痕，这些刻痕组成一组，若干组这种组合呈条状并纵向排列，所述微透镜阵列呈条状并纵向排列。
本发明也可以是在所述闪耀角为θ的若干条刻痕下还依次刻有若干条至少一种不同闪耀角的刻痕，这些刻痕组成一组，若干组这种组合呈段状并呈四方连状排列，所述微透镜阵列呈段状并呈四方连状排列。
本发明的有益效果是当光线通过具有一种倾角的闪耀角的刻痕的透射式闪耀光栅后经微透镜阵列折射聚焦在屏上时，可得到一种能量很高的单色光的光强分布图像，由于采用了透射式闪耀光栅，由透射式闪耀光栅的工作原理决定了这种波长的单色光谱线宽度小、色彩纯净，这种单色光的能量可达到入射光能量的80％，当采用多种倾角的闪耀角的刻痕的透射式闪耀光栅和微透镜阵列所组成的分光系统后，可得到多种波长的单色光的光强分布图像。
图1是本发明的原理示意图。
图2是当闪耀角不同时本发明的原理示意图。
图3是本发明的第一种实施例的立体示意图。
图4是本发明的第二种实施例的立体示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
在图1中，由刻有若干条闪耀角为θ的刻痕的透射式闪耀光栅1和微透镜阵列2所组成的分光系统，当光线通过透射式闪耀光栅后经微透镜阵列折射聚焦在屏3上时，可得到一种能量很高的波长的单色光的光强分布图像。这样组成的分光系统可用于红外线或紫外线等探测成像中。
在图2中，例举了一种具有三种不同闪耀角的刻痕的透射式闪耀光栅4和微透镜阵列5所组成的分光系统，当光线通过透射式闪耀光栅后经微透镜阵列折射聚焦在屏6上时，可得到三种能量很高的波长的单色光的光强分布图像。这样组成的分光系统可用于图像摄制或图像显示等方面。
实施例一
在图3中透射式闪耀光栅7的刻痕为条状，相对应的微透镜阵列8也为条状，由折射公式n＝Sin(θ+φ)/Sinθ和光栅方程式Sinφ＝mλ/d可推导出透射式闪耀光栅的光栅方程式d[arc Sin(nSinθ)-θ]＝Kλ，如果在1mm宽的光栅上刻有600条刻痕，那么光栅常数d＝6×10-5m，K为1，即取一级光谱的主级大，折射率n为1.5，把所需波长的λ值代入光栅方程式中，就可得到θ值，按此值刻制光栅即可得到所需要的单倾角的透射式闪耀光栅7，微透镜阵列8中的每条小的微透镜的大小根据象素点的大小来决定，如果象素点的大小为25μm，那么微透镜阵列8中每条小的微透镜的纵向大小即为25μm，根据具体情况排列若干条而形成阵列，透射式闪耀光栅7的刻痕可以是单倾角的也可以是多倾角，当光线通过透射式闪耀光栅7和微透镜阵列8所组成的分光系统后，通过适当调整微透镜阵列8和屏9之间的距离，将在屏9上得到能量集中的、清晰的单色光强分布图像或多色光强分布图像。
实施例二在图4中，透射式闪耀光栅11的刻痕为段状，相对应的微透镜阵列12也为段状，由透射式闪耀光栅的光栅方程式d[arc Sin(nSinθ)-θ]＝Kλ可知，如果在1mm宽的光栅上刻有600条刻痕，那么光栅常数d＝6×10-5m，K为1，即取一级光谱的主级大，折射率n为1.5，假如把红光、绿光和蓝光的波长λ＝7000×10-10m、5300×10-10m和4700×10-10m分.别代入光栅方程式中，可得到θ1＝35.35°、θ2＝30°、θ3＝27.5°，如果象素点的大小为25μm，再根据d＝6×10-5m就可计算出每种闪耀角的刻痕的数量为15条，宽度为1.667μm。这样可在光学玻璃上先刻15条宽1.667μm闪耀角为35.35°的刻痕，紧接着刻15条宽1.667μm闪耀角为30°的刻痕，再刻15条宽1.667μm闪耀角为27.5°的刻痕，这样组成一组，这种组合的横向大小为25μm，纵向大小为3×25μm＝75μm，一组即为一段，根据实际需要刻划若干组并呈四方连状排列，就可制成所需要三种倾角的透射式闪耀光栅，而与之对应的微透镜阵列11中每段小的微透镜的横向大小为25μm，纵向大小为3×25μm，根据实际需要刻划若干段并呈四方连状排列，形成所需要的微透镜阵列，透射式闪耀光栅10的刻痕也可以是单倾角的，当光线通过透射式闪耀光栅10和微透镜阵列11所组成的分光系统后，通过适当调整微透镜阵列11和屏12之间的距离，将在屏12上得到能量集中的、清晰的多色光强分布图像或单色光强分布图像。
在图3和图4的实施例中，只象征性地画出了几组刻痕的光栅和微透镜阵列，在具体应用中，可根据显示器的分辨率大小所决定的象素点的数量来刻整块的透射式闪耀光栅7、透射式闪耀光栅10和微透镜阵列8、微透镜阵列11的条数和段数，例如当显示器的分辨率为800×600时，在图3中，当倾角不同时，所述15条闪耀角分别为θ1＝35.35°、θ2＝30°、θ3＝27.5°的刻痕呈条状组成一组，这种组合在透射式闪耀光栅7中纵向排列600/3＝200组，与之对应的微透镜阵列8纵向排列600/3＝200条，在图4中，当倾角不同时，所述15条闪耀角分别为θ1＝35.35°、θ2＝30°、θ3＝27.5°的刻痕呈段状组成一组，这种组合在透射式闪耀光栅10中横向排列800组，纵向排列600/3＝200组，与之对应的微透镜阵列11横向排列800段，纵向排列600/3＝200段。
在具体应用中，透射式闪耀光栅上每种闪耀角的刻痕的数量和宽度应根据具体的象素点的大小和每毫米的刻痕数来改变，折射率n的大小可根据具体采用的光学玻璃的折射率大小来决定，光波的波长λ可根据所需要的单色光的光波波长大小和数量来决定，这些数值的改变都可导致刻痕闪耀角的改变。还可以把透射式闪耀光栅和所对应的微透镜阵列粘在一起，组成一个组件，这都属于本发明保护的范围。
透射式闪耀光栅和微透镜阵列的制作可采用钻石刀刻制或光刻制，预制母板后用复制的方法可制成多块廉价的复制品。
权利要求
1.一种光栅分光系统，包括刻有若干条闪耀角为θ的刻痕的透射式闪耀光栅和微透镜，其特征在于所述微透镜为微透镜阵列。
2.按照权利要求1所述的光栅分光系统，其特征在于所述微透镜阵列呈条状并纵向排列。
3.按照权利要求1所述的光栅分光系统，其特征在于所述微透镜阵列呈段状并呈四方连状排列。
4.按照权利要求1或2所述的光栅分光系统，其特征在于在所述闪耀角为θ的若干条刻痕下还依次刻有若干条至少一种不同闪耀角的刻痕，这些刻痕组成一组，若干组这种组合呈条状并纵向排列，所述微透镜阵列呈条状并纵向排列。
5.按照权利要求1或3所述的光栅分光系统，其特征在于在所述闪耀角为θ的若干条刻痕下还依次刻有若干条至少一种不同闪耀角的刻痕，这些刻痕组成一组，若干组这种组合呈段状并呈四方连状排列，所述微透镜阵列呈段状并呈四方连状排列。
全文摘要
本发明公开了一种光栅分光系统，包括刻有若干条闪耀角为θ的刻痕的透射式闪耀光栅和微透镜，所述微透镜为微透镜阵列。利用这种分光系统能够得到特定波长的光强分布图像，且单色光的能量集中，谱线宽度窄。这种分光系统还可以由多种不同倾角的刻痕的透射式闪耀光栅和微透镜阵列所组成，这样可得到多幅特定波长的光强分布图像，本发明所述分光系统可广泛应用于红外线或紫外线等探测成像和摄像、显示等其它分光系统中。
文档编号G02B3/08GK1410796SQ02134119
公开日2003年4月16日 申请日期2002年11月20日 优先权日2002年11月20日
发明者吴韦建 申请人:吴韦建