[发明专利]光学系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别是涉及一种运用光微影技术的光学系统制造工艺。

背景技术

辐射源的光度测定(photometry)通常利用光谱仪(spectrometer)来进行测量，光谱仪中的光栅(grating)是用来分散多频辐射源(multi-frequency radiation)的元件。这类仪器被广泛的应用在解决复杂的难题并且获取准确的结果。目前这类仪器在使用上有以下问题：(1)体积非常庞大，因此价格昂贵且只能在固定位置使用；(2)在进行宽带的光谱测量时，需要耗费大量时间；(3)必须谨慎的操作仪器，因此，通常需要技巧熟练的操作人员。

美国专利第5,550,375号提供了一种用来测量气体的红外线光谱感测仪100，如图1所示，包括具有反射式光栅110的微型结构，多频红外线辐射源120，以及用以接收固定波长红外线的接收器130。然而，该红外线光谱感测仪只能测量较狭窄的光谱波长范围，如果要进行多成分分析，则光谱信号会在多个不同波长被吸收，而不是仅限于红外光区域，则此种光谱感测仪的应用即受限制。

同步光谱仪(simultaneous spectrometers)200也是用来检测辐射源的装置，如图2所示，其包括的元件有：入射狭缝(entrance slit)220、可形成全像(holographic)的凹面(concave)光栅210以及光电二极管阵列检测器(photodiode array)230。以上元件的放置位置是固定且无法移动的，但具有高精密度以及光学能量效率良好等可靠的优点。光电二极管阵列检测器在此类光谱仪的应用有很大限制，原因是光电二极管阵列检测器是由大量单晶组成的平坦表面，但此种同步光谱仪的聚焦成像点却是曲面的分布，更准确地说是聚焦成像点会分布在罗兰圆(Rowland circle)上。因此，同步光谱仪的最佳应用方法之一是让罗兰圆的半径加大，则成像点的分布会近似于线性平面分布，此种设计需要耗费大量空间，并且需要大型的检测器；另一种解决方法如美国专利第6,005,661号所描述，使用了大量光纤，将聚焦在罗兰圆上的不同波长信号分别导出，此种方法可以配合光电二极管阵列检测器，但是利用光纤导出聚焦信号会造成能量损失以及分辨率下降的问题。

对光学系统而言可以产生线性输出的绕射光栅是较好的选择，如图3A所示，美国专利第4,695,132以及4,770,517号提供了一种激光扫描系统300，利用一个或多个fθ镜片310将发散的光线聚焦在线性输出平面320上；如图3B所示，美国专利第6,650,413号则揭露了一种光谱仪301，使用了绕射光栅311，并利用准直器(collimator)313与校正镜片(correcting lense)315的组合将输出的光谱分量聚焦在一个图像平面321，并在图像平面上呈现f sin(θ)分布。

然而，以上所叙述的发明仍然是复杂的系统，也都无法使光学系统微小化以实现可携式的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用在光学系统中的绕射光栅，其由光学微影制成，可使体积微小化以实现可携式效果的光学系统。

本发明的另一目的在于提供一种可大量制造，使制造成本下降，并适合长期使用的光学系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种光学系统，包括输入部，用以接收光学信号，预先设定的输出面；以及绕射光栅，包括绕射表面，用以将该输入部接收的该光学信号分离成多个光谱分量(spectral component)，并且各个光谱分量都会聚焦在该预先设定的输出面，其中该绕射表面由光微影工艺形成。

根据本发明的光学系统，其中还包括至少一个检测器，其设置在该预先设定的输出面上，用以检测该预先设定的输出面上的该光谱分量。

根据本发明的光学系统，其中该检测器为电荷耦合器件(CCD，charge-coupled device)检测器。

根据本发明的光学系统，其中该检测器为互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)检测器。

根据本发明的光学系统，其中组成该绕射光栅的材质选自由第3-5族半导体、第4族元素、玻璃、塑料以及金属组成的组。

根据本发明的光学系统，其中该绕射表面为反射式绕射表面。

根据本发明的光学系统，其中该反射式绕射表面是在该绕射光栅上镀上至少一层金属薄膜而形成的。

根据本发明的光学系统，其中该反射式绕射表面是在该绕射光栅上气相沉积至少一层金属薄膜而形成的。