全息猫眼透镜阵列的制作方法

摘要

全息猫眼透镜阵列是一种能将光谱在前后纵向展开的新的全息光学反光材料，在路标、灯具、路牌、广告上将会获得广泛应用。它是采用激光全息摄影的方法，以小透镜阵列板作物体，先后采用夫朗和费与菲涅耳光路分别进行两次曝光记录，在光刻胶板上形成全息猫眼透镜阵列，再经显影，电铸，模压在聚酯薄膜上，可制成透射型和反射型两种产品。它的出现，使全息摄影给人们的经济、生活增添了新的绚丽多采的光辉。

说明书

本发明涉及一种生产三维效果的全息摄影的工艺过程及其制品，具体地说，涉及一种全息猫眼透镜阵列的制作方法，属于现代光学技术领域。

目前，国产彩虹灯具所用的全息光学元件都是正交光栅，市场上各种进口的形形色色的晶晶彩虹反光材料也都是平面型的，即其所展开的光谱是在一个二维平面（横向）内。据发明人的了解，至今尚没有见到一种能将光谱在三维空间中前后（纵向）展开的灯具用元件或彩虹反光装饰材料，也未见到有关此内容的文字报导。

本发明的目的是提供一种新的能将光谱在前后纵向展开的全息光学反光材料的制作方法及其制器。

本发明是这样实现的：首先在光源（激光器）的一侧安置一个以行、列相等的矩阵形式排列的直径为Φ2.0～Φ8.0毫米的透镜阵列板作为物体，再先后采用夫朗和费与菲涅耳光路，在厚度为0.8～3.0微米的光刻胶板上分别进行两次激光全息摄影的曝光记录，然后把此光刻胶板进行显影和电铸处理，最后模压在镀铝或透明的聚酯薄膜上，就形成反射型或透明型的两种全息猫眼透镜阵列反光材料。

本发明的研制成功，不仅提供了一种国内外至今尚未问世的全新的反光装饰材料;而且，因为这种材料具有能将光谱在纵深方向展开的特异性能，使得它在高速公路上的地面路标，城市街道、普通公路、铁路及河海航运中各种路牌标志，广告以及彩虹灯具上都将获得广泛应用。本发明将使全息摄影技术为经济、生活增添新的绚丽多采的光辉。

下面结合附图，具体介绍本发明的工艺过程。

图1是第1次全息摄影的记录光路示意图。

图2是第2次全息摄影的记录光路示意图。

在图1中，1是作为光源的激光发生器，本发明实施试验使用的是A⁺r离子激光器<波长λ＝4579>发出的激光。2是空间滤波器。3是准直镜。4是小透镜阵列板，它是由一个以行、列间距相等的矩阵形式排列着直径为Φ2.0～Φ8.0毫米的小透镜阵列组成的。5是全息摄影的记录材料，也即光刻胶板，其厚度在0.8～2.5微米之间。该图是第一次激光全息摄影所采用的同轴夫朗和费全息图的记录光路，即把激光器1发出的光经空间滤波器2扩束、滤波，再经准直镜3准直后入射到作为物体的小透镜阵列板4上，并使阵列板4上的各个小透镜的出射光斑，以其自身直径的两倍落在全息记录材料5（即光刻胶板）上，使各光斑之间产生半园叠加并干涉之后，进行第一次曝光。图中f为准直镜3的焦距。

第一次曝光后的全息记录材料不进行显影处理，而是把它向前平移，即向着小透镜阵列板4的方向前移至阵列板4上的各个小透镜的出射光斑等于小透镜孔径大小的位置后，再调整光路成为菲涅耳全息图的记录光路<如图2所示>：把激光器1发出的光先经分光镜6分成两束，其中一束光经空间滤波器2扩束、滤波，再经准直镜3准直后到达小透镜阵列板4上，各个小透镜的出射光斑则以其自身直径的光束作为物光照射在光刻胶板5上。分束后的另一束光经反射镜7反射到另一空间滤波器8上扩束、滤波。最后作为参考光与物光成60°角度到达全息记录材料表面，此时才进行第二次曝光。

二次曝光后取下全息记录材料板，进行显影处理就在光刻胶板上得到有规则的全息猫眼透镜阵列。再把此全息记录材料上的浮雕象“转移”到金属板上，以便在模压机上作为“印压母板”对热塑性塑料膜进行大批量复制，即进行电铸（或称电成型）处理就能在镀铝或透明的聚酯薄膜上，得到反射型或透明型的两种全息猫眼透镜阵列产品了。

在上述两次曝光记录、显影处理后的光刻胶板上，实际上包含着两组阵列的小透镜。第一组阵列是由于“透镜斑”自身相互之间干涉的结果，所以它接收的是正面来的光源，每个小透镜将重现一个光源象，并将光源的光谱按红、黄、绿、兰展开。第二组阵列是由参考光以60°的角度与透镜光斑干涉而形成的，所以接收的是两侧面来的光源。这在实际应用中用途将是相当广泛的。我们知道高速公路及城市街道的地面路标，铁路、山区公路及航运等标识物，入射光通常是从侧面入射逐渐转至接近正面入射的。

本发明的原理是基于光的干涉和衍射等经典的物理原理。为了描述方便，以一个小透镜来论证：自物点发出的光波通过每个小全息透镜就发生衍射，形成象点的光要满足下述方程：

dn（sinQi-sinQ0）＝mλx（m＝0、±1）

式中Q0为入射角，Qi为衍射角，即成像光束与光轴的夹角。dn为形成小全息透镜的干涉条纹间距。

让dnsinQi＝mλx+dnsinQ0

可以看出：因λx的不同（因白炽灯的光包含许多波长不同的单色光），像点将沿着光轴按红、黄、绿、兰展开，尤其对光谱丰富的白炽灯而言，其反射的彩色光谱十分鲜艳。又因为m＝±1，即正一级衍射象沿着透镜后面展开，而负一级衍射象沿着透镜前面展开。当然还有±2级等的存在，这些特征正是路标、汽车尾灯罩、灯具和各种装饰反光材料所需要用的。

处理好的光刻胶板，其表面再进行化学镀、电铸、模压就能形成批量生产的产品了。当用镀铝的聚酯薄膜模压时，就形成反射式产品;如模压在透明的聚酯薄膜上时，就形成透射式产品。

本发明已经试验实施，获得了比较满意的制成品。