光谱仪、单光仪、绕射光栅及其制造方法与母模制造方法技术

本发明专利技术公开一种绕射光栅，其包括一基板以及多个绕射结构。这些绕射结构彼此相连，并形成在基板上，各个绕射结构的形状为柱状，这些绕射结构沿着一内凹柱面排列，其中这些绕射结构的轴线沿着内凹柱面的母线延伸，其中沿着垂直于各条轴线的方向对这些绕射结构剖面而得到一剖面轮廓。剖面轮廓中所示的各个相连的绕射结构的一顶点的联机为一参考曲线，其具有多个第一反曲点。这些绕射结构用以将一光学讯号分离为多个光谱分量，其中绕射光栅聚焦这些光谱分量于一聚焦面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种光学量测装置及其光学组件、光学组件的制造方法与翻制光学组件的母模制造方法，特别是一种光谱仪、单光仪、绕射光栅、绕射光栅的制造方法以及用于翻制绕射光栅的母模制造方法。
技术介绍
光谱仪是一种非破坏性的检测仪器，其主要是利用光反射的原理，以及物质内组成结构对光不同频段的反射、吸收或穿透程度不同的差异，按照波长排列，不同物质会显现个别特征的光谱，进而得到物质的原子、分子等的能阶结构、化学键性质等多方面物质结构的知识，从而辨认物质的成分组成及特性。请参阅图1，其为传统光谱仪100的示意图。当光源110发出的光线10经狭缝120射入至光谱仪100之后，光线10射向准直面镜（collimatingmirror）130，使光线10转为平行光并射向平面光栅140。光栅140具有绕射结构142，而光线10被绕射结构142分光后再由聚焦镜150聚焦。之后，被分光的光线10射向光传感器160以侦测不同波长的光强度。然而，上述光谱仪100使用的是平面光栅140，需要准直面镜130与聚焦镜150才能使光线精确地被分光与聚焦。所以，光谱仪100需要较多的光学组件，导致光谱仪100结构复杂且也不利于缩小体积。
技术实现思路
鉴于以上的问题，本专利技术提供一种绕射光栅，其具有分光与聚焦的功能。本专利技术提供一种上述绕射光栅的制造方法。本专利技术提供一种光谱仪，其包括上述绕射光栅。本专利技术提供一种单光仪，其包括上述绕射光栅。本专利技术提供一种母模的制造方法，其用来制造上述绕射光栅。本专利技术提出一种绕射光栅，其包括一基板以及多个绕射结构。这些绕射结构彼此相连，并形成在基板上，各个绕射结构的形状为柱状，这些绕射结构沿着一内凹柱面（concavecylindricalsurface）排列，其中这些绕射结构的轴线（axis）沿着内凹柱面的母线（generatrix）延伸，其中沿着垂直于各条轴线的方向对这些绕射结构剖面而得到一剖面轮廓。剖面轮廓中所示的各个相连的绕射结构的一顶点的联机为一参考曲线，其具有多个第一反曲点（firstinflectionpoint）。这些绕射结构用以将一光学讯号分离为多个光谱分量，其中绕射光栅聚焦这些光谱分量于一聚焦面。本专利技术提出一种绕射光栅的制造方法。在此制造方中，首先，提供一基板。基板具有一内凹柱面。之后，在内凹柱面上形成多个彼此相连的绕射结构。各个绕射结构的形状为柱状，而各个绕射结构的一轴线沿着内凹柱面的一母线延伸，其中沿着垂直于各条轴线的方向对这些绕射结构剖面而得到一剖面轮廓。剖面轮廓中所示的各个相连的绕射结构的一顶点的联机为一参考曲线，而参考曲线具有多个第一反曲点。本专利技术提出一种光谱仪，其包括一输入部、一光传感器以及上述绕射光栅。输入部用以接收一光学讯号。光传感器，具有一光接收面，其配置于聚焦面。本专利技术提出一种单光仪，其包括一输入部、上述绕射光栅以及一转动机构。输入部用以接收一光学讯号。这些绕射结构用以将光学讯号分离为多个光谱分量。转动机构连接绕射光栅，并用于使绕射光栅沿着一转轴而相对输入部转动，其中转轴平行于各条轴线。本专利技术提出一种母模的制造方法，而此母模用来翻制上述绕射光栅。在母模的制造方法中，首先，提供一母模基板，其具有一外凸柱面。接着，在外凸柱面上形成多个彼此相连的柱状结构。这些柱状结构用于形成绕射光栅的多个绕射结构。各个柱状结构的一轴线沿着外凸柱面的一母线延伸，其中沿着垂直于各条轴线的方向对这些柱状结构剖面而得到一剖面轮廓。剖面轮廓中所示的各个相连的柱状结构的一顶点的联机为一参考曲线。参考曲线具有多个反曲点。基于上述，利用沿着内凹柱面排列的这些绕射结构以及具有多个第一反曲点的参考曲线，本专利技术一实施例所揭露的绕射光栅不仅能将光学讯号分离为多个光谱分量，而且还能聚焦这些光谱分量于聚焦面。如此，相较于习知技术，上述绕射光栅可以取代习知光谱仪中的准直面镜与聚焦镜，以减少习知光谱仪与单光仪中的光学组件数量，从而简化光谱仪与单光仪的结构以及组装，并有利于促使光谱仪与单光仪的体积缩小。本专利技术所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。【附图说明】图1为传统光谱仪的示意图。图2A是本专利技术一实施例的光谱仪的光路示意图。图2B是图2A中的绕射光栅的立体示意图。图2C是图2B中的绕射表面的局部放大示意图。图2D是图2B中沿线I-I剖面所绘示的绕射光栅的剖面示意图。图3是本专利技术另一实施例的绕射光栅的剖面示意图。图4A至图4D是本专利技术多个实施例的绕射光栅的剖面示意图。图5是本专利技术一实施例的单光仪的光路示意图。图6A至图6E是本专利技术一实施例的绕射光栅的制造方法的示意图。图7是本专利技术另一实施例的绕射光栅的制造方法的示意图。图8A至图8D是本专利技术另一实施例的绕射光栅的制造方法的示意图。图9A至图9D是本专利技术一实施例的母模的制造方法的示意图。图10是制造本专利技术一实施例的绕射光栅所用的基板。图11A是本专利技术另一实施例的光谱仪的光路示意图。图11B是图11A中的绕射光栅的立体示意图。图12是图11A与图11B中的绕射光栅的设计方法的流程图。图13是图12中的候选成像面的示意图。图14是像差的示意图。图15A是轮廓段RkP0的像差特性曲线的示意图。图15B是区域光栅RkP0的像差分辨率特性曲线的示意图。图16A是中央轮廓点P0与参考点R11至R1m的示意图。图16B是参考点R11至R1m与轮廓点P0的联机所形成的模拟的轮廓段R11P0至R1mP0的像差特性曲线的示意图。图16C是仿真的区域光栅R11P0至R1mP0的像差分辨率特性曲线的示意图。图17A是中央轮廓点P0、参考点R1h、参考点R21至R2n及参考点R31至R3p的示意图。图17B是参考点R21至R2n与中央轮廓点P0的联机所形成n个仿真的区域光栅R21P0到R2nP0的像差特性曲线的示意图。图17C是n个仿真的区域光栅R21P0到R2nP0的像差分辨率特性曲线的示意图。图18是中央轮廓点P0、参考点R31至R3p、参考点R41至R4q、参考点R51至R5r及参考点R61至R6d的示意图。图19是候选轮廓面所对应的候选聚焦面的示意图。图20是候选聚焦面与候选成像面的误差距离的示意图。图21是候选成像面于不同角度时最大误差距离的示意图。图22是候选成像面与候选轮廓面的示意图。图23是角度θ等于0时候选成像面与候选轮廓面的示意图。图24是角度θ等于0时候选聚焦面的示意图。图25是角度θ等于0时分辨率与成像位置的示意图。图26绘示为角度θ等于10时候选成像面与候选轮廓面的示意图。图27绘示为角度θ等于10时候选聚焦面的示意图。图28绘示为角度θ等于10时分辨率与成像位置的示意图。图29是曲线22j及33j的示意图。图30是角度θ等于0时前景深与后景深的示意图。图31是角度θ等于10时前景深与后景深的示意图。【具体实施方式】图2A是本专利技术一实施例的光谱仪的光路示意图。请参阅图2A，光谱仪200包括绕射光栅210、输入部220以及光传感器230。输入部220能接收光学讯号20，而光学讯号20的波长范围可介于红外光（Infrared，IR）与紫外光（Ultraviolet，UV）之间。输入部220可以是狭缝（slit），如图2A所示。不过，输入部22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述绕射光栅的制造方法包括以下步骤：提供一基板，所述基板具有一内凹柱面；以及在所述内凹柱面上形成多个彼此相连的绕射结构，所述各绕射结构的形状为柱状，而所述各绕射结构的一轴线沿着所述内凹柱面的一母线延伸，其中沿着垂直于所述各轴线的方向对所述这些绕射结构剖面而得到一剖面轮廓，所述剖面轮廓中所示的所述各相连的绕射结构的一顶点的联机为一参考曲线，所述参考曲线具有多个第一反曲点。

【技术特征摘要】
1.一种绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述绕射光栅的制造方法包括以下步骤：提供一基板，所述基板具有一内凹柱面；以及在所述内凹柱面上形成多个彼此相连的绕射结构，所述各绕射结构的形状为柱状，而所述各绕射结构的一轴线沿着所述内凹柱面的一母线延伸，其中沿着垂直于所述各轴线的方向对所述这些绕射结构剖面而得到一剖面轮廓，所述剖面轮廓中所示的所述各相连的绕射结构的一顶点的联机为一参考曲线，所述参考曲线具有多个第一反曲点。2.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述内凹柱面为四次方以上的多项式曲面。3.根据权利要求2所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述绕射结构是利用全像术而形成。4.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述内凹柱面具有至少一个第二反曲点。5.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述内凹柱面不具有任何反曲点。6.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述绕射结构的形状为角柱，而所述顶点为所述各绕射结构的侧棱。7.根据权利要求6所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述各绕射结构的形状为三角柱。8.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，形成所述这些绕射结构的方法包括利用一刀刃在所述内凹柱面上切割出多条沟槽，所述刀刃具有一定向面与一非定向面，所述定向面与所述非定向面相连，且所述定向面与所述非定向面之间形成一夹角，当所述刀刃在所述内凹柱面上切割时，所述定向面与所述非定向面接触所述基板。9.根据权利要求8所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，形成所述这些绕射结构的方法包括多次执行以下第(1)与(2)的步骤：(1)、沿着一路径移动所述刀刃一移动距离，其中所述路径不平行所述母线；以及(2)、在沿着所述路径移动所述刀刃之后，令所述刀刃在所述内凹柱面上切割出其中一所述沟槽。10.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，每次切割所述内凹柱面时的所述夹角的角平分面彼此平行。11.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，形成所述这些绕射结构其中至少一者的方法更包括沿着一参考转轴来倾斜所述刀刃，其中所述参考转轴平行所述母线，在倾斜所述刀刃之后，令所述刀刃切割所述内凹柱面。12.根据权利要求11所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，至少两次切割所述内凹柱面时的所述夹角的角平分面彼此不平行。13.根据权利要求11所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，至少三次切割所述内凹柱面时的所述夹角的角平分面彼此不平行。14.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，至少两次所述刀刃沿所移动的所述移动距离彼此不相等。15.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，每次所述刀刃所移动的所述移动距离彼此相等。16.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述各移动距离小于所述刀刃的厚度。17.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述刀刃在所述内凹柱面上至少两次切割的深度彼此不相等。18.根据权利要求9所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述刀刃在所述内凹柱面上切割的深度彼此相等。19.根据权利要求1所述的绕射光栅的制造方法，其特征在于，所述这些绕射结构具有多种光栅间距。20.一种绕射光栅，其特征在于，所述绕射光栅包括：一基板；以及多...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪健翔，叶展良，
申请(专利权)人：台湾超微光学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71