專利名稱：θ調(diào)制全息光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光柵的制作方法，屬于光學器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
e調(diào)制是對圖像的不同區(qū)域分別用取向不同(e角不同)的光柵進行調(diào)制， 這個被取向不同的光柵所調(diào)制的物片就是9調(diào)制光柵。將這樣的e調(diào)制光柵放 入4F系統(tǒng)的輸入面，用白色平行光照明，在頻譜面上將得到色散彩色頻譜。每 一條彩色譜的顏色分布都是從外向里按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的順序排 列。紅光的波長最大，衍射角最大，分布在最外面；紫光相反。如果在頻譜面 上放置一個空間濾波器，對不同方向的譜斑進行選擇，每一排列方向的頻譜只 允許其中的某一種顏色通過，就會使像面上不同的成像區(qū)域"賦予"以特定的 色彩，從而得到彩色像。
現(xiàn)有技術(shù)制作e調(diào)制全息光柵的方法通常是先制作三塊鏤空模板，用鏤空
模板對感光底片進行曝光。曝光的方法主要有兩種
第一種布置一個可拍攝全息光柵的雙光束干涉光路，使兩束單色平行光 以夾角4)入射到感光底片上，其兩束平行光之間的夾角4)與光柵周期d的關(guān)系
由公式2sin ( 4) /2) = X /d確定，將上述三個模板分別與全息干板緊貼在一起， 采用等時曝光的方法，甩各個鏤空圖案記錄不伺取伺的光柵，每次更換模板時，
感光底片轉(zhuǎn)動e角，但感光底片與模板的相對位置不能改變，以保證整個圖案
銜接和組合良好；
第二種將模板、朗奇光柵、感光底片依次疊放在一起，用單色平行光照 射，在同一張感光底片上進行三次曝光，每次更換一塊模板，同時將朗奇光柵
轉(zhuǎn)過e角，并保持感光底片與模板的相對位置不改變，三次曝光朗奇光柵分別
取三個不同的取向；
也可使用光柵復制的方法進行曝光在上述兩種方法中選擇一種方法制作一塊母光柵，將母光柵與感光底片相對疊放進行曝光。
曝光后的感光底片再進行顯影、定影等處理，從而完成e調(diào)制光柵制作。
上述制作e調(diào)制光柵過程，存在下列不足
1、 制作一塊三個不同光柵取向0調(diào)制光柵需要進行三次曝光，每次曝光都
要更換一塊模板，且模板與感光底片相對位置不能改變，操作非常麻煩；
2、 將母光柵與感光底片相對疊放進行復制曝光時，雖然減少了曝光的難度， 但由于疊放在一起的母光柵與感光底片有多個光學界面，其界面之間光的反射
作用和光柵的衍射作用影響了 e調(diào)制光柵的質(zhì)量，如果母光柵是位相性光柵，
其復制效果就更不理想；
3、 光柵復制的弊端是母光柵不能有瑕疵，帶有瑕疵的母光柵會將其瑕疵復 制到成品光柵上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡便快速、容易實現(xiàn)、成本低的e 調(diào)制全息光柵制作的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是e調(diào)制全息光柵的制作方法，
步驟為
準備一塊0調(diào)制光柵作為母光柵，將母光柵放置于4F光學系統(tǒng)的物平面， 在4F光學系統(tǒng)的頻譜面上將得到母光柵的頻譜，母光柵的光柵取向有幾種，則 頻譜的排列就會有幾個方向；用濾波器在頻譜面上進行濾波，每一個排列方向 只允許其中設(shè)定級的頻譜通過，在4F光學系統(tǒng)的像平面上將得到與母光柵完全 相似的倒立像，同時在與母光柵不同光柵取向區(qū)域相對應(yīng)的各個成像區(qū)域均產(chǎn) 生光強按余弦規(guī)律變化的干涉條紋；干涉條紋的取向與母光柵相應(yīng)區(qū)域的光柵 取向相同；
將感光底片置于4F光學系統(tǒng)像平面進行曝光，再經(jīng)顯影、定影等處理，即 完成9調(diào)制光柵制作。 更詳細的步驟如下
(1)準備一塊e調(diào)制全息光柵作為母光柵；
4(2) 調(diào)試4F光學系統(tǒng)，使各種光學器件等高共軸，并準確確定物平面和 頻譜面的位置；
(3) 將母光柵放置于4F光學系統(tǒng)的物平面，在4F光學系統(tǒng)的頻譜面根據(jù) 母光柵的頻譜制作濾波器；
(4) 曝光前的檢查從濾波器的背面在靠近濾波器的位置上用白屏檢查所 有設(shè)定級的頻譜光是否都能順利的通過濾波器，重點檢查各個光斑的光強是否 均勻、大小是否相同，成像是否清晰；
(5) 將感光底片置于4F光學系統(tǒng)像平面進行曝光；
(6) 經(jīng)顯影、定影、吹干、邊框制作等處理，即完成e調(diào)制光柵制作。 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述濾波器通過頻譜的設(shè)定級為土l級，或±2級，
或±3級。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述濾波器為光學空間濾波器。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述光學空間濾波器的制作方法為在頻譜面上固定 一個框架，在框架上平整的粘貼一塊黑紙，依次對準每一個排列方向所選級別 的頻譜光點開針孔。
采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是
1、 原先制作一塊三個不伺光柵取佝的e調(diào)制光柵需要進行三次曝光，每次 曝光都要更換一塊模板，且模板與感光底片相對位置不能改變，現(xiàn)在僅一次簡
單曝光就可以實現(xiàn)，從根本上簡化了制作過程；
2、 無論透射型母光柵還是位相型母光柵均可使用該方法一次性完成曝光， 制作出相同質(zhì)量的9調(diào)制光柵；
3、 如果母光柵帶有瑕疵，由于濾波器的針孔較小，而瑕疵光的頻譜往往是 雜亂無章的，進行空間濾波后可將瑕疵光頻譜濾除，制作出沒有瑕疵的成品光 柵；
4、 感光底片在成像區(qū)域中所記錄的是光強按正弦規(guī)律變化的干涉條紋，不 同于復制，避免了因為復制而引發(fā)的諸多弊端。


5附圖是本發(fā)明實施例的光路示意圖。
在附圖中l(wèi),激光器；2,快門；3. -!^透鏡；4.-針孔光闌；5. _1^透鏡; 6.-母光柵；7.-U透鏡；8.-濾波器；9. -L透鏡；IO,感光底板。
具體實施例方式
如附圖所示，本實施例的光路設(shè)計是典型的4F光學系統(tǒng)，其中L透鏡是 擴束透鏡，L2透鏡是準直透鏡，U透鏡為傅里葉變換透鏡，U透鏡為傅里葉逆 變換透鏡。在4F系統(tǒng)物平面上放置母光柵；頻譜面上放置濾波器，僅讓士l級 頻譜通過；像平面處放置感光底片。
本發(fā)明實施例的具體步驟如下
(a) 預先使用拍攝全息光柵的雙光束干涉光路，利用三次曝光的方法制作 一塊e調(diào)制光柵作為母光柵6;
(b) 調(diào)試4F光學系統(tǒng)，使各種光學器件等高共軸，并準確確定物平面和頻 譜面的位置；
(c) 將母光柵6放置于4F光學系統(tǒng)的物平面，在4F光學系統(tǒng)的頻譜面根據(jù) 母光柵的頻譜制作濾波器8;
(d) 濾波器的制作方法是在頻譜面上固定一個框架，在框架上平整的粘貼
一塊黑紙，用針依次對準每一個排列方向的士l級頻譜光點開針孔，完成濾波
器的制作；
(e) 曝光前的檢查:從濾波器的背面在靠近濾波器的位置上用白屏檢查各排 列方向的土l級頻譜光是否都能順利通過濾波器，重點檢查各個光斑的光強是 否均勻、大小是否相同，成像是否清晰；
(f) 將感光底片10置于4F光學系統(tǒng)像平面進行曝光；
(g) 經(jīng)顯影、定影、吹干、邊框制作等處理，即完成e調(diào)制光柵的制作。 其中，e調(diào)制光柵制作過程中應(yīng)注意的幾個問題
1、 為了防止透鏡像差引起的圖像失真，應(yīng)采用傍軸光束，制作的e調(diào)制全
息光柵面積不宜過大；
2、 共軸調(diào)節(jié)，嚴格的共軸調(diào)節(jié)不僅可以使光強均勻，同時可以實現(xiàn)最大幅度的減小失真；
3、 感光材料的感光面一定要處于像平面的位置，因為僅在像平面上其光強 按余弦規(guī)律變化，為了準確地找到像平面的位置可借助于測量顯微鏡，用測量 顯微鏡觀察圖像分界線清晰的位置，從而確定像平面的位置；
4、 為了有效的濾除各種雜散光，提高光柵制作質(zhì)量，同時又不能使頻譜光 因穿過濾波器針孔而發(fā)生衍射，濾波器必須處于頻譜面上，同時空間濾波的針 孔要大小適中；
5、 當濾波器只允許土2級或士3凝頻譜通過時，用同樣方法可以制作出光 柵周期更小的e調(diào)制全息光柵。
本發(fā)明的理論依據(jù)
1、 根據(jù)阿貝成象原理，物體通過透鏡成像的過程分為兩步第一歩入射光 經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯禾費衍射，在頻譜面上形成一系列物的頻譜，這一步稱"分 頻"；第二步是各頻譜光點發(fā)出的球面波在像平面上相干疊加，形成物的像，這 一步稱"合頻"。在頻譜面上加入適當?shù)目臻g濾波器，對物的頻譜進行取舍，即 可改變像的空間頻率成分。
2、 空間濾波與成像分析
根據(jù)阿貝一波特實驗和空間濾波知識，頻譜面上頻譜的排列方向與物平面 上物光柵的取向垂直。由于物光柵是由多種不同取向的光柵拼接而成，每一種 取向的光柵在頻譜面上形成垂直于光柵取向的頻譜。如果母光柵是有三種不同 取向的光柵拼接而成，則頻譜面上將形成三種垂直于光柵取向的頻譜；而不同 取向的光柵又分別處于母光柵的不同區(qū)域，所以不同排列方向的頻譜又與母光 柵上不同區(qū)域相對應(yīng)。每一種排列方向的頻譜在其與母光柵相對應(yīng)的成像區(qū)域 成倒立的像，所成像的幾何形狀，尺寸大小、區(qū)域界線與物平面形成這種頻譜 的區(qū)域倒立而相同。
當濾波器只允許土l級頻譜通過時，在像平面上每一種排列方向的士l級頻 譜在其相應(yīng)的成像區(qū)域成像，同時在其成像區(qū)域產(chǎn)生光強按余弦規(guī)律變化的干 涉條紋，干涉條紋的取詢與物平面相應(yīng)區(qū)域光柵的取向相同、干涉條紋光強分布的空間周期是物平面取向光柵空間周期的1/2。
干涉條紋空間周期較小，且不同的成像區(qū)域其干涉條紋的取向不同，因此， 進行空間濾波后，對成像區(qū)域的幾何形狀，尺寸大小、區(qū)域界線影響極小，可 忽略不計。
3、濾波器只允許士l級頻譜通過時，成像區(qū)域產(chǎn)牛光強按余弦規(guī)律變化的 干涉條紋的傅里葉分析。
設(shè)物光柵為一維柵狀物，其透過率函數(shù)為一組矩形函數(shù)
t(Xl)= f rect [(Xl -md )/a〗 (1)
III = ■ CQ
式中，d為縫間距，a為縫寬，物光柵可看成由無限個這樣的狹縫構(gòu)成。它實際 上是矩形函數(shù)和梳狀函數(shù)的巻積，若物光柵總寬度為B，則
t(xj=《1/d).rect(Xi/a)"omb (x,)}-rect(x^B) (2) 將物光柵置于4F系統(tǒng)物平面上，可在頻譜面上得到它的傅里葉變換
T(fx)=F{t(Xl)}
=(aB /d)(sinc (Bf x) + sine (a/d). sine [B (f x - 1/d)] (3) + sine (a/d). sine [B(fx + l/d)]+……}
其中fx-x^Gf) (X2是頻譜面的位置坐標，f為傅里葉變換透鏡的焦距)，式 中第一項為零級頻譜，第二、三項分別為土l級譜，后面依次為高級頻譜。
如果在頻譜面上安裝濾波器僅讓土l級頻譜通過，濾波后的光場復振幅為 (3)式的第二、三項，像平面得到它的傅里葉逆變換
t'(x3)= (a/d)[sinc (a/d)rect (x3/B)]exp (j2;rx3/d)
+ (a/d)[sinc (a/d)rect (x3/B)]exp (- j2;rx3/d) (4)
=2(a/d)rect (x3/B)sinc (a/d)cos (2;rx3/d)
由于感光底片所記錄的是像平面上的光強分布，而像平面上的光強分布為
8I = |t'(x3)|2 二 4(a/d)2rect(x3/B)sinc2(a/d)cos2(27zx3/d)
=2(a/d)2rect(x3/B)sinc2(a/dXl + cos(47zx3/d)
分析式(5)可知，2(a/d)、ct(X3/B)sin (a/d)是系數(shù)項，由士l級頻譜在像平面 上產(chǎn)生的干涉條紋，其光強按余弦規(guī)律變化，其空間周期是物平面光柵空間周 期的1/2。在像平面放置感光底片進行線性記錄，便可得到正弦光柵。
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權(quán)利要求
1. θ調(diào)制全息光柵的制作方法，其特征在于，步驟為準備一塊θ調(diào)制全息光柵作為母光柵，將母光柵放置于4F光學系統(tǒng)的物平面，在4F光學系統(tǒng)的頻譜面上將得到母光柵的頻譜；用濾波器在頻譜面上進行濾波，每一個排列方向只允許其中設(shè)定級的頻譜通過；將感光底片置于4F光學系統(tǒng)像平面進行曝光，再經(jīng)顯影、定影處理，即完成θ調(diào)制光柵制作。
2. 如權(quán)利要求1所述的e調(diào)制全息光柵的制作方法，其特征在于，步驟為(1) 準備一塊&調(diào)制全息光柵作為母光柵；(2) 調(diào)試4F光學系統(tǒng)，使各種光學器件等高共軸，并準確確定物平面和 頻譜面的位置；(3) 將母光柵放置于4F光學系統(tǒng)的物平面，在4F光學系統(tǒng)的頻譜面根據(jù) 母光柵的頻譜制作濾波器；(4) 曝光前的檢査從濾波器的背面在靠近濾波器的位置上用白屏檢查所 有設(shè)定級的頻譜光是否都能順利通過濾波器，重點檢查各個光斑的光強是否均 勻、大小是否相同，成像是否清晰；(5) 將感光底片置于4F光學系統(tǒng)像平面進行曝光；(6) 經(jīng)顯影、定影、吹干、邊框制作處理，即完成e調(diào)制光柵制作。
3. 如權(quán)利要求1所述的9調(diào)制全息光柵的制作方法，其特征在于，所述濾 波器通過頻譜的設(shè)定級為士l級，或±2級，或±3級。
4. 如權(quán)利要求1、 2或3所述的0調(diào)制全息光柵的制作方法，其特征在于， 所述濾波器為光學空間濾波器。
5. 如權(quán)利要求4所述的B調(diào)制全息光柵的制作方法，其特征在于，所述光 學空間濾波器的制作方法為在頻譜面上固定一個框架，在框架上平整的粘貼一 塊黑紙，依次對準每一個排列方向所選級別的頻譜光點開針孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種θ調(diào)制全息光柵的制作方法，其步驟為將一塊θ調(diào)制全息光柵作為母光柵，母光柵放置于4F光學系統(tǒng)的物平面，根據(jù)母光柵的頻譜制作濾波器，在4F光學系統(tǒng)的像片面放置感光底片，進行曝光，然后顯影、定影、吹干、邊框制作等處理，完成θ調(diào)制光柵制作；采用4F光學系統(tǒng)和空間濾波技術(shù)，對感光底片進行一次性曝光制作出θ調(diào)制全息光柵，適用于透射型母光柵和位相型母光柵，能濾除母光柵的瑕疵；本發(fā)明簡便快速、容易實現(xiàn)、成本低，效果好。
文檔編號G03F7/00GK101487975SQ20091001417
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者仲偉路, 仲明禮 申請人:濰坊學院