CN1307249A

CN1307249A - 光栅图像产生方法及其光学系统

Info

Publication number: CN1307249A
Application number: CN 00101971
Authority: CN
Inventors: 郭奇旺; 林世聪
Original assignee: GUYETAI ELECTRONIC INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: GUYETAI ELECTRONIC INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-08

Abstract

本发明公开了一种光栅图像产生方法及其光学系统,主要是利用导光、对称光产生及局部扫描等方式以形成点状光栅,再由点状光栅组合成为光栅图像,利用该方法和光学系统可显着提高光栅图像的制作效率。

Description

光栅图像产生方法及其光学系统

本发明涉及用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的装置，尤指一种可有效提高光栅图像制作效率的光栅图像产生方法及其光学系统。

光栅图像为利用各种不同的微细光栅排列组合所形成的图像。由于光栅可依间距、方向、衍射效率而对不同波长的光线有不同的衍射效果。因此一个光栅图像的制作方法必须能控制光栅形成的间距、方向、衍射效率、大小，并能够将排列组合，以形成光栅图像。

图1为形成光栅的方法，激光a与相干激光b交会处即会形成干涉驻波(standing wave)，此时若将感光物质放置于平面A-A处，即可记录干涉驻波形成光栅。

图2及图3为光栅图像产生方法中常用的形成光栅方法。两道平行的激光a、b垂直入射透镜51，经由透镜51的折射，激光a、b将于透镜51的焦点处交会而形成干涉驻波，此时在透镜51的焦平面处放置感光物质6，即可将干涉驻波转换成光栅。又控制激光a、b入射透镜51的位置，可控制光栅间距及光栅方向，又控制曝光量可控制光栅衍射效率；再控制激光a、b的光束大小及发散角度，可控制光栅形成范围的大小。

再如图4公开了一制作图像光栅的现有技术，激光源11发出激光L，通过声光调制器(AOM,Acousto-Optic Modulators)21控制曝光量。又激光L继续通过扩束器3a，该扩束器(beam expander)3a是由透镜31和透镜32组成，移动透镜31或透镜32即可控制激光L的发散角度，进而控制光栅形成范围的大小。又对应于所述声光调制器21的反射镜111用以改变激光L的方向，再者，激光L进入分光及导光装置(beam spliting and beam guiding device)4a，其分光镜41将激光L分成激光a及激光b，激光a经反射镜42、44反射后垂直入射透镜51，激光b经反射镜43反射后垂直入射透镜51，激光a、b经透镜51折射后于透镜51的焦点处交会，形成干涉驻波，感光物质6放在透镜51的焦平面上，而将干涉驻波记录成光栅。

此时同时移动分光镜41及反射镜42可改变激光a、b的相对距离，并改变光栅形成的间距。沿激光L的入射光轴将该分光及导光装置4a整个旋转，可改变光栅形成的方向。精密位移平台71是用来承载并移动感光物质6，以排列组合各种不同的光栅，并形成光栅图像。

该声光调制器21、扩束器3a、分光及导光装置4a及精密位移平台71等均可经由电脑控制以达到自动化目的。

又图4所示的分光及导光装置4a，及利用透镜51形成干涉驻波的方法都是借用现有的激光多卜勒流场干涉仪(LDA,Laser Doppler Anemometer)，由于该分光及导光装置4a及精密位移平台71的缓慢动态响应，造成光栅图像产生方法的速度瓶颈。

因此，本发明主要目的是针对上述光栅图像产生方法及其光学系统存在的问题，提供另一种光栅图像产生方法及其光学系统，以提高光栅图像的制作速度。

为了实现上述目的，本发明的光栅图像产生方法至少包括有：

一相干光源产生步骤；

一控制所述相干光曝光量的步骤；

一将相干光导引到所需位置的步骤；

一对称光产生步骤，用以将进入的相干光分成两互相对称的相干光；

一局部扫描步骤，用以令所述两道对称的相干光互相交会而形成干涉驻波，并改变干涉驻波形成的位置；

一感光步骤，是以感光物质以光栅的形式记录干涉驻波；

一移动记录位置的步骤，是用以改变感光物质上记录干涉驻波的位置。

本发明的光栅图像产生光学系统至少包括有：

一相干光源，用来产生干涉驻波的光源；

一曝光控制装置，供所述相干光经过，并控制其曝光量；

一导光控制装置，是设在曝光控制装置后端，供相干光通过，并将其导引到所需的位置；

一对称光产生装置，是设在导光控制装置的后端，供将进入的相干光分成两互相对称的相干光；

一局部扫描装置，是设在所述对称光产生装置的后端，是令所述两道对称的相干光分别经过后互相交会而形成干涉驻波，并可改变干涉驻波形成的位置；

一感光物质，是设在局部扫描装置的下方，以便将干涉驻波以光栅的形式记录；

一感光物质承载装置，是用以承载并移动感光物质。

所述的光栅图像产生光学系统，该导光控制装置包括有：一透镜、一位在透镜出射方向的扫描镜片及另一相对于该扫描镜片的透镜。

所述的导光控制装置包括有：一相对于激光L入射方向的第一透镜、一相对于透镜出射方向的声光偏折器(AOD)、一相对于声光偏折器的第二透镜及一对应于第二透镜的遮光器。

所述的对称光产生装置包括有：

第一分光镜，是相对于激光入射方向处；

第一鸠尾棱镜，是相对于所述第一分光镜的出射方向；

第一反射镜，是相对位于所述第一鸠尾棱镜的出射方向处；

第二反射镜，是相对位于所述分光镜另一出射方向处；

第二鸠尾棱镜，是相对位于所述第二反射镜的出射方向处；

第二分光镜，是相对位于所述第一反射镜及第二鸠尾棱镜的出射方向上。

所述的局部扫描装置包括有：

一扫描镜片，是相对位于激光的入射方向上；

一透镜，是位于所述扫描镜片的出射方向上。

所述的局部扫描装置是由一扫描透镜构成。

所述的局部扫描装置包括有：

一声光偏折器；

第一透镜，是相对位于所述声光偏折器的出射方向上；

一遮光器，是对应所述的透镜，供遮去多余的激光；

第二透镜，是相对位于第一透镜的出射方向上；

第三透镜，是相对位于第二透镜的出射方向上。

由此看出，本发明采用了上述的产生方法和光学系统后，它可克服现有的光栅图像产生中存在的动态响应缓慢、易出现速度瓶颈的缺点，可有效提高光栅图像制作效率和光栅图像的产生。

下面结合附图和实施例，对本发明的方法和系统作一详细地说明：

图1为一形成光栅图像的现有方法示意图。

图2为又一形成光栅图像的现有方法示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为现有的光栅图像产生光学系统的示意图。

图5为本发明的系统方块原理示意图。

图6为本发明系统中导光控制装置的一较佳实施例示意图。

图7为本发明系统中导光控制装置又一较佳实施例示意图。

图8为本发明系统中的对称光产生装置一较佳实施例示意图。

图9为本发明系统中局部扫描装置的一较佳实施例示意图。

图10为本发明系统中局部扫描装置又一较佳实施例示意图。

图11为本发明系统中局部扫描装置再一较佳实施例示意图。

图12为本发明一较佳实施例的系统示意图。

请参阅图5所示，图中，每个方块代表一个基本功能，实线代表相干光，实线箭头代表相干光行进方向，虚线代表讯号传输；所述方块大致包括有：

一相干(coherent)光源1，是用来提供相干光L；

一曝光控制装置2，是供相干光L经过，以控制其曝光量；

一光栅尺寸控制装置3，是设在曝光控制装置2后端，并供相干光L继续经过，以控制光栅大小；

一导光控制装置8，是设在光栅尺寸控制装置3后端，供相干光L继续通过，以控制光栅的间距及方向；

一对称光产生装置9，是设在导光控制装置8的后端，供将进入的相干光L分成两互相对称的相干光a、b；

一局部扫描装置10，是设在所述对称光产生装置9的后端，当两相干光a、b分别经过后将互相交会而形成干涉驻波；局部扫描装置10并可在局部范围内改变干涉驻波形成的位置；

一感光物质6，是设在局部扫描装置10的下方，以便将干涉驻波以光栅的形式记录；

一感光物质承载装置7，是用以承载并移动感光物质6，以便在大范围区域内记录光栅；

一人机界面13，是提供必要的数据输入界面；

一控制单元12，是分别和人机界面13及控制曝光装置2、光栅尺寸控制装置3、导光控制装置8、局部扫描装置10、感光物质承载装置7连接；控制单元12将接受人机界面13提供的输入数据，将其转换成控制讯号，以控制所述的控制曝光装置2、光栅尺寸控制装置3、导光控制装置8、局部扫描装置10及感光物质承载装置7。

本发明的相干光源1、曝光控制装置2、光栅尺寸控制装置3、感光物质6、感光物质承载装置7、控制单元12及人机界面13等将延用一般已知的方法；

至于导光控制装置8、对称光产生装置9及局部扫描装置10等，将详细说明如下：

如图6为所述导光控制装置8的一较佳实施例，其包括有一透镜81、一位在透镜81出射方向的扫描镜片82及另一相对于该扫描镜片82的透镜83。

当激光L入射导光控制装置8a，经由一透镜81聚焦在扫描镜片82的旋转中心上，再经过透镜83将激光L平行化；又透镜83与扫描镜片82的旋转中心距离为透镜83的焦距，因此当扫描镜片82偏转时，即可平移激光L。

又扫描镜片82必须可做二维的偏转，以达到使激光L作二维平移的功能，若扫描镜片82只能作一维偏转时，则可使用两套如图6所示的导光控制装置8a，以达到二维平移激光L的功能。

图7所示，为所述导光控制装置8的又一较佳实施例，其包括有：一相对于激光L入射方向的透镜84、一相对于透镜84出射方向的声光偏折器(AOD)85、一相对于声光偏折器85的透镜86及一对应于透镜86的遮光器87。

当激光L入射导光控制装置8b，经过透镜84聚焦到声光偏折器85，以控制其第一级衍射光的偏转角度，又透镜86和声光偏折器85的距离为其焦距，可将激光L平行化；

又控制声光偏折器85第一级衍射光的偏折量，即可控制激光L的平移；而遮光器87则用以挡掉多余的激光。一般的声光偏折器85只能作一维的导光，如利用两组图7所示的装置即可做二维导光。

再如图8所示，所述对称光产生装置9的一较佳实施例(用9a表示)，其包括有：

一分光镜91，是相对于激光L入射方向处；

一鸠尾棱镜92，是相对于所述分光镜91的出射方向；

第一反射镜93，是相对位于所述鸠尾棱镜92的出射方向处；

第二反射镜94，是相对位于所述分光镜91另一出射方向处；

另一鸠尾棱镜95，是相对位于所述第二反射镜94的出射方向处；

另一分光镜96，是相对位于所述第一反射镜93及鸠尾棱镜95的出射方向上。

当激光L经导光控制装置8平移后，入射对称光产生装置9a，经由分光镜91分成两道光，其中一道经由鸠尾棱镜92、第一反射镜93、分光镜96而出射对称光产生装置9a，另一道经由第二反射镜94、鸠尾棱镜95、分光镜96而出射对称光产生装置9a。其中鸠尾棱镜92,95具有将图像反转的特性，如图8所示，在平行纸面的平面上，鸠尾棱镜95可将激光移到反向的位置，鸠尾棱镜92放置角度和另一鸠尾棱镜95相差90。，在此平面上不具任何效应，但在垂直纸面的平面上可将激光移到反向的位置，鸠尾棱镜95则否。因此对称光产生装置9a的出射激光a、b，为一组沿系统光轴互相对称的激光。

如图9所示，为所述局部扫描装置10的一较佳实施例(用10a表示)，其包括有：

一扫描镜片101，是相对位于所述激光a、b的入射方向上；

一透镜102，是位于所述扫描镜片101的出射方向上。

当激光a、b入射到该局部扫描装置10a后，经扫描镜片101改变其方向，再由透镜102聚焦到感光物质6以相互干涉。由于激光a、b入射透镜102的方向可由扫描镜片101控制，也就可以控制激光a、b在感光物质6上的干涉位置，而达到局部扫描目的。

如图10所示，为所述局部扫描装置10的又一较佳实施例(用10b表示)，主要是由一扫描透镜103构成。当激光a、b入射扫描透镜103后，将在感光物质6上形成干涉。又扫描透镜103可作二维的平移，当扫描透镜103平移时，即可改变激光a、b在感光物质6上的干涉位置，以提供局部扫描功能。

如图11所示，为所述局部扫描装置10的再一较佳实施例(用10c表示)，其包括有：

一声光偏折器104；

第一透镜105，是相对位于所述声光偏折器104的出射方向上；

一遮光器106，是对应所述的透镜105，供遮去多余的激光；

第二透镜107，是相对位于第一透镜105的出射方向上；

第三透镜108，是相对位于第二透镜107的出射方向上。

激光a、b入射到所述的局部扫描装置10c，经由声光偏折器104衍射出第一级衍射光，激光a、b继续经由第一透镜105聚光，而在第一透镜105的焦平面上，利用遮光器106将第一级衍射光以外的激光阻挡，所利用的第一级衍射光再经第二透镜107将激光a、b平行化，而使激光a、b经过第三透镜108在感光物质6上相互干涉。因此，只要控制声光偏折器104，即可控制激光a、b入射透镜108的方向，改变激光a、b在感光物质6上的干涉位置，达到局部扫描的功能。

由上述可知，本发明各方块的具体构造和工作原理，而如图12所示则为本发明的一较佳实施例中，其组合了所述各方块的构造和功能，有关其光学系统的工作原理详述如下：

当激光源11发出激光L，可通过声光调制器21控制曝光量，激光L继续通过扩束器3a，以调整所形成光栅的大小；然后经由导光装置8a使激光L平移，再由对称光产生装置9a将入射的激光L分成一组沿系统光轴互相对称的激光a、b，该激光a、b再经由局部扫描装置10b在感光物质6上形成干涉驻波，并可在感光物质6的局部平面上改变干涉驻波形成的位置，以组合不同的光栅。

感光物质6将干涉驻波以光栅的形式记录。当局部小面积上的光栅组合完成时，利用精密位移平台71移动感光物质6到下一位置继续记录局部光栅。如此即可制作光栅图像。当然，本实施例是由控制单元12接受人机界面13所输入数据转换而成的控制讯号所控制的。

而在图12所示的较佳实施例中，导光装置8a可由所述的导光装置8b取代，又局部扫描装置10b可由所述的局部扫描装置10a或10c取代。

当导光装置8a被选用时，可将扩束器3a省略，此时只须将透镜81前后移动即可达到控制光栅尺寸的功能。

Claims

1·一种光栅图像产生方法，其特征在于，至少包括有：