专利名称：用激光直写装置制造光栅的方法
技术领域：
本发明是一种制造光栅的方法，主要用于制造计量长、圆光栅。
二.
背景技术：
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5-10μm；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；倍增法光刻圆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、长光栅，栅线质量不理想，即栅线边缘发毛、陡度小、直线性差，这些将会直接影响光栅装置中提取光电信号的质量，对于分度计量是不利的；而且制造工序多、复杂、周期长。
三.
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提出了一种简便、精确度高，并自动控制制造长、圆光栅的方法。
为达到本发明目的，本发明采用的技术方案是用激光直写装置取代长、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，该过程由计算机自动控制完成。
本发明中用计算机自动控制激光直写装置制造长、圆光栅的步骤为从存储器中读取扫描范围的数据后，传输给位移系统开始移动一个扫描单元，然后测定出位移量大小，并传输给运算器，进行比较判定位移量是否为扫描范围中的曝光位置，如果是则进行曝光，如果不是则不曝光，同时传输给扫描系统，使之又移动一个扫描单元；如此循环，直至完成对扫描范围中所有曝光位置的曝光。
本发明还包括从存储器中读取激光束流参数的步骤，用于输出要求的激光束。
本发明使用的激光直写装置由机座，工作台、光线扫描头及位移驱动器构成的扫描系统，曝光控制器、位移传感器和装有扫描程序的计算机控制系统等组成。因此，由计算机控制制造长、圆光栅的步骤为将从存储器中读取的扫描范围数据传输给位移驱动器，带动放置光栅毛坯的工作台移动一个扫描单元，使工件的曝光位置对准光线扫描头。
位移传感器将测定的位移量大小传输给计算机运算器进行比较判定，如果判定为是曝光位置，则曝光控制器启动光线扫描头发射激光对工件毛坯进行曝光，如判定为不是曝光位置，则曝光控制器关闭光线扫描头停止曝光。
从存储器中读取的激光束流参数传输给光线扫描头，以输出符合要求的激光束。
在以上步骤中，读取计算机中存储的激光束流参数，如激光直写装置的激光扫描头发射的光线直径d的大小，是根据光栅栅线宽度b的设计要求而确定的；根据圆光栅栅线直径D的大小(或长光栅长度L和栅线长度H)，确定X、Y轴方向上的扫描范围Xi、Yi(i＝1，2，……，D)，最大扫描范围为XD、YD(或XL、YH)。根据光栅设计要求，将编写的扫描程序装入计算机中。实际上，计算机控制系统在扫描过程中就是要确定哪些Xi、Yi值需要曝光，即需刻制的栅线，哪些Xi、Yi值不必曝光，即不需刻线。
制造光栅时，将涂有感光材料的光栅毛坯安放在激光直写装置的工作台上，该工作台可以沿X、Y方向移动。然后调整光栅毛坯感光层面与光线扫描头轴线Z的垂直度。
启动激光直写装置，计算机控制系统使光线扫描头自动地在X、Y方向上扫描(即移动X-Y工作台)，当光线扫描头到达有刻线处位置时(即Xi＝Xi-1，Yi＝Yi-1)就自动曝光，无刻线处(即Xi＝Xi-0，Yi＝Yi-0)则不曝光，直至完成确定的X、Y扫描范围，即Xi＝X0，Yi＝YD(或Xi＝XL，Yi＝YH)时，系统停止工作。
曝光后的光栅毛坯经显影、去胶、烘干后即可得到按设计所需的长、圆光栅栅线图形的光栅。
本发明与现有技术相比，有如下优点用长、圆刻线机制造的长、圆光栅栅线是由单缝形成的(单缝宽度较粗，一般为5μm以上)，而用激光直写装置制造光栅的栅线是由光线扫描头多次扫描合成的(由细到粗，最细可达0.7μm)，因此具有栅线边缘清晰、整齐、陟度大、直线性好等优点；并且本发明采用激光直写装置制造光栅的方法，省略了现有技术中“机械刀刻单缝、光学光刻扇形和倍增法光刻长、圆光栅”的复杂工序，而是用激光直写装置光线扫描头连续扫描自动完成的，大大简化了制造光栅的硬件工序，提高了工效和可靠性。
四.
图1为激光直写装置制造圆光栅的示意图。
图2为扫描程序软件流程图。
图3为用圆刻线机制造圆光栅时的栅线质量图。
图4为本发明制造圆光栅时的栅线质量图。
五.
具体实施例方式
以下根据附图，以圆光栅为例详述本发明，该实例也适用于制造长光栅或其他形状的光栅。
图1中的计算机[8]是一台专用计算机，其内装有各种专用程序构成计算机控制系统。曝光控制器[4]内光源曝光的开或关由专用计算机控制。光线扫描头[5]的光线直径大小可以调节，最细可达0.7μm，精度为0.1μm。扫描光线的直径大小关系到加工质量和效率。扫描光线太粗会降低光栅栅线边缘质量；扫描光线太细虽然有利于提高线条质量，但增加了制造光栅的时间。所以一般取0.7-1μm为宜。机座[1]上放置圆光栅毛坯[3]的工作台[2]是可沿X、Y方向移动的平台，分别由X、Y方向的位移驱动器[7]带动，两个位移驱动器均设有探测工作台X、Y坐标位置的位移传感器[6]，位移传感器将位移量Xi、Yi值传输给专用计算机。本发明中的专用计算机(内装扫描程序)、X-Y位移驱动器、X-Y位移传感器、X-Y工作台、曝光控制器和光线扫描头六者形成闭环，按照编好的扫描程序由专用计算机控制动作。
根据图2的流程图，激光直写装置制造圆光栅的步骤为读取计算机存储器中的扫描范围参数XD、YD，初始化后，计算机向位移驱动器发出驱动指令，驱动器带动放置圆光栅毛坯的工作台移动，可以往X向或Y向移动一个扫描单元，使工件的曝光位置对准光线扫描头。位移传感器将工作台的位移量Xi、Yi传输给计算机运算器A，与存储在计算机中的扫描范围Xi、Yi进行比较判定当Xi＝Xi-1、Yi＝Yi-1时(刻线位置)，计算机向曝光控制器发出曝光指令，曝光控制器接到指令后，启动曝光开关，光线扫描头发射激光对圆光栅毛坯曝光，曝光结束后，传输指令给计算机运算器B又进行扫描范围是否完成的判定，如果已完成(Xi＝XD、Yi＝YD)，则停止工作；如果还未完成，传输指令给位移驱动器继续动作。
当Xi＝Xi-0、Yi＝Yi-0时(不是刻线位置)，计算机发出停止曝光指令，曝光控制器接到指令后，关闭曝光开关，这时不曝光，并传输指令给位移驱动器又移动一个扫描单元。
这样连续移动X Y工作台，连续传输出Xi、Yi值给计算机，计算机将接收到的Xi、Yi值和存储在计算机程序中的Xi、Yi值不断进行实时比较判定，并连续向曝光控制器发出曝光指令或停止曝光的指令，光线扫描头连续进行曝光或不曝光的动作。如此循环，直至完成对圆光栅的栅线图形制造，即完成扫描程序确定的X、Y方向的扫描范围XD、YD后，停止动作。
经过上述步骤后，在圆光栅毛坯上已潜留有已曝光或未曝光的光栅线。再经显影、去胶、烘干等工序后，就完成了圆光栅全部栅线图形的制造。
用激光直写装置制造的长、圆光栅，栅线质量好。将图3中用圆刻线机制造的圆光栅栅线图形和图4中由本发明制造的圆光栅栅线图形进行比较，图3中a为放大400倍，b为放大630倍时的栅线图形；图4中a为放大400倍，b为放大1650倍时的栅线图形，可以明显看出，本发明制造的圆光栅栅线边缘清晰、整齐、直线性好。
权利要求
1.一种制造计量长、圆光栅的方法，其特征是用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯曝光，制造过程由计算机自动控制完成。
2.如权利要求1的方法，其特征是计算机自动控制的制造步骤为读取扫描范围的数据；传输给扫描系统使其移动一个扫描单元；测定位移量大小；比较判定测出的位移量是否为扫描范围中的曝光位置，进行曝光或不曝光；扫描系统又移动一个扫描单元，直至完成对扫描范围中所有曝光位置的曝光。
3.如权利要求2的方法，其特征是包括步骤从存储器读取扫描范围的数据传输给扫描位移驱动器，带动放置光栅毛坯的工作台移动一个扫描单元，使工件曝光位置对准光线扫描头；位移传感器测定的位移量大小传输给计算机运算器，进行比较判定；曝光控制器启动或关闭光线扫描头进行曝光或不曝光。
4.如权利要求1的方法，其特征还包括读取激光束流参数的步骤，用于输出要求的激光束。
5.如权利要求4的方法，其特征是从存储器读取的激光束流参数传输给光线扫描头。
全文摘要
用激光直写装置制造光栅的方法，主要用于制造计量长、圆光栅。是用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯曝光，制造过程由计算机自动控制完成。其工作步骤为专用计算机控制系统发出驱动指令给位移驱动器，位移驱动器驱动工作台移动，位移传感器将工作台的位移量大小传输给计算机，与计算机中的刻线位置进行比较，“是”则发出指令给曝光控制器，启动光线扫描头进行曝光，“非”则关闭光线扫描头不曝光。这样连续动作直至完成对扫描范围的曝光。本发明大大简化了制造光栅的硬件工序，提高了工效和可靠性。所制造的光栅质量好，具有栅线边缘清晰、整齐、陡度大、直线性好等优点。
文档编号G02B5/18GK1424594SQ01129179
公开日2003年6月18日 申请日期2001年12月11日 优先权日2001年12月11日
发明者叶盛祥, 杜春蕾, 白临波, 邱传凯, 黄尚文 申请人:中国科学院光电技术研究所