DE1623795A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung eines langen,zusammengesetzten Beugungsgitters - Google Patents

Description

Verfahren und Hinrichtung zur Herstellung eines lanzen, zusammengesetzten Beugungsgitters

Zur Herstellung von Beugungsgittern mußten bisher hohe Kosten aufgewendet und oine hooli entwickelte SJeohnik angewendet weraen. Insbesondere war es bisher- äußerst schwierig, lan^e Beugungsgitter herausteilen, di@ für genaue Messungen unter Ausnutzung der Moire-Interferenz, die entsteht, wenn üwei Beugungsgitter übereinander- angeordnet werden, und für die automatische Steuerung γόη V/erksmigmasöhinen uaw. ver- \/endbt werden Konnten»

Aufgabe der Erfindung ist es_& Bin Verfahren usü eine Einrichtung zur Herstellung ein#i au@ainaienge8öts8t@n Beugungsgitters anzu^ebeh, die ineboBondür© aur ilnwendung in der öerienhersteilung geeignet sind unu dort au einer Kostensenkun_&· eu führen. DIq nach der iiri'indujig erhaltenen 'langen .beugungsgitter aoxlen insbesondere für exakte Messungen unter Ausnutzung von Moiro-Interferena und für die automatische Steuerung von Werkzeugmaschinen

Das aieae Aufgabe lösend® ©rfinaußgegeEiaße Herstellung eines langen,

zur

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.2-

umfaßt hauptsächlich die folgenden Verfahrensachrittes Von einem Mutterbeugungsgitter wird eine Anzahl von Beugungsgitterkopien hergestellt, diese Beugungsgitterkopien werden nebeneinander mit einem Abstand in einer Einspannvorrichtung eingespannt, wobei ein Gitter feststeht, während das andere Gitter einstellbar ist, um es in Bezug auf Richtung und Phase mit dem feststehenden Gitter in Übereinstimmung zu bringen, und diese Gitterltopien werden mechanisch miteinander befestigt oder 11 „~I7.„Il'. ZI1_.1"IZHlZT.ZZZZZTZZZZverkittet _s um ein langes, zusammengesetztes Beugungsgitter zu e

Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten im'folgenden anhanu schematischer Zeichnungen an mehreren Auefüiirungsbeispielen näher erläutert.

Es seigern

fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Mutterbeugungagittere_? das bei dem erfindungsgejnäßen Verfahren benutzt

wirst § · ' - '

fig«, 2a und 2b d@ß Grundriß und die Vorderansicht einer Unterlage bzw* eines Trägere einer Beugunssgitterkopie;

3b, und 3b den Grundriß und die Vorderansicht einer anderen Ausführungsform des Trägers einer Beugungsgitter-

4 die Darstellung eines Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens}

Vorderansicht einer Beugungsgitterkopie, wie eie nach !Durchführung des in Pig. 4 dargestellten Schrittes des erfindun^sgemäüen Verfahrens erhalten wird;

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Pig. 6 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der in Pig. 5 dargestellten Beugüngsgitterkopie;

Fig. 7 die Darstellung eines anderen Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Pig. 8 die vergrößerte Barstellung einer Moire-Interferenz, die an der Verbindung von zwei plattenförmigen Gittern en- steht. - ·

Pig. 9 die Darstellung der Phasen von mittels zweier Gitter gebeugter Lichtstrahlen;

Pig. 10 ein zusammengesetztes Beugungsgitter, wie es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird, wobei die Verbindung im Schnitt dargestellt istj

Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform eines zusammengesetzten Beugungsgitter wie es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wird, wobei die Verbindung im Schnitt dargestellt ist}

Fig. 12 den Schnitt duroh ein langes, zusammengesetztes. Beugungsgitter, wie es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wiraj . _: -

In Fifo» 1 ist mit 1 die Gitteroberfläche eines Beugungsgitters bezeichnet, das auf einer Unterlage bzw. einen Träger 2 ausgebildet ist unü die Länge L aufweist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren Wird solch ein Beugungsgitter. 1", 2 als Mutter benutzt, der eine Anzahl Beugungegitterkopien nachgebildet werden« Zu diesem Zweck werden die in den Pig. 2 und 3 gezeigten Träger "3 und 4 ver-

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wendetf um den auf ihnen auszubildenden, kopierten Beugungsgitteroberflächen Halt zu geben. Die Länge L¹ dieser Träger 3 und 4 ist kleiner als die Länge L der Gitteroberfläche 1, damit die kopierte Gitteroberfläche auf der ganzen Oberfläche der Träger 3 und 4 ausgebildet werden kann* Die Träger 3 und 4 werden maschinell bearbeitet, um dem Träger 3 eine rechteckige Querschnittsform und dem Träger 4 eine parallelogrammartige Querschnittsform zu geben und' um den Winkel zwischen den Seiten und Endkanten der Oberflächen der Träger 3 und 4, auf denen die Kopie ausgebildet werden soll, genau rechtwinklig zu machen.

Gemäß der Erfindung wird ein umgekehrt L-förmiger Anschlag 5 benutzt, der wie in Fig. 4 gezeigt in verschiedenen Ebenen zwei senkrechte Flächen 5^! "und 5¹¹ aufweist. Der Träger 2 der Mutter-Beugungsgitters wird auf eine waagrechte · Grundplatte 6 gelegt, an der der Anschlag i? so befestigt ist, daß die zwei Flächen 5¹ und 5" senkrecht ausgerichtet sind. Die Endfläche des Trägere 2 liegt bündig an der unteren Fläche 5" des Anschlage 5 an. Anschließend läßt man synthetisches Harz 7 über die Oberfläche 1 dee Muttergitters fließen, und auf das auseinandergeflossene synthetische Harz wird der in Fig. 2 gezeigte Träger 3 aufgelegt, wobei seine Endfläche bündig an der oberen Fläche 5' dee Anschlags 5 anliegt, so aajj auf diese Weisedie in Fig. b gezeigte Harz-Gitterkopie 8 gebildet wird. Nachdem dae Harz ausgehärtet ist, wird dann der Träger 3 mit seiner Harz-Gitterkopie 8 von der Mutter-Gitteroberfläche 1 getrennt.

Mit Hilfe des in Fig. 4 gezeigten Anschlags 5 kann man eine Anzahl von Gitterkopien erhalten, aeren Gitter in der gleichen Dichtung wie die aes Muttergitters 1 geneigt sind. Die Gitter uer Beugungsgitterkopien sind also alle um aen gleichen Winkel gegenüber der Endfläche ihrer Träger ge-

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neigt. Die Fig. 6 ist eine auf dem parallelogrammförmigen, in Fig. 3 gezeigten Träger 4 ausgebildete Gitterkopie 9 gezeigt. ' .

Die auf diese Weise erhaltene, in Pig. 5·,gezeigte Beugungsgitterkopie 3, 8 wird in einer U-förmigen Einspannvorrichtung 1U mittels einer dünnen Stahlplatte 11 und einer Schraube 12 so eingespannt, daß jeweils eine End- und eine Seitenfläche der Gitterkopie 3» 8 bündig an der inneren Bnd- und Seitenfläche der Einspannvorrichtung 10 anliegen. Anschließend wird in der Einspannvorrichtung 10 eine andere Beugungsgitterkopie 3¹» 8* einstellbar eingespannt. Zu diesem Zweck sind eine Auflagekante 13» die an der Innenfläche der Einspannvorrichtung 10 hervorsteht, sowie zwei Schrauben 14 und 15» die an der der Auflagekante 13 gegenüberliegenden Seitenfläche des Trägers 3* angreifen, und eine Mikrometerschraube 16, die über eine dünne Stahlplatte 17 an einer Bndfläche des Gitters 3^f _r 8· angre.ift, vorgesehen. Das Gitter 3't 8' wird so angeordnet, daß dessen andere Endfläche einen kleinen Abstand zu der gegenüberliegenden Fläche des Gitters 3»8 aufweist, so daß sich ein Spalt g bildet. Mit 18 ist eine Halteplatte für die Mikrometerschraube 16 bezeichnet, Anschließend wird ein anderes Beugungsgitter. 19» das die gleiche Teilung wie die Beugungsgitterkopien 8, 8* aufweist, auf diesen über den Spalt g sur Erseugung von Moire-Interferenz angeordnet.

Venn zwei Beugungsgitter, jedes mit einer Teilung w, übereinander angeordnet werden und dabei das Gitter eines dieser Gitter um einen kleinen "inkel Θ gegenüber dem Gitter de· anderen Beugungsgitters geneigt ist, gilt im allgemeinen, , daß eine Lioire-Interferenxt mit einer Teilung W erseugt wird, die aurch die folgende Formel, gegeben 1stι

(1) W ~s w/8

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Wenn die Gitter 8 und 8¹ nicht parallel zueinander ausgerichtet sind,, wird sich die Teilung W der durch die Beugungsgitter 19 und 8 erzeugten Moire-Interferenz von der Teilung Ψ der durch die Beugungsgitter 19 und 8' erzeugten Moire-Interferenz unterscheiden. Ensprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Schrauben H und 15 genau eingestellt, so daß die Teilung W der Moire-Interferenz, die durch die Beugungegitter 19 und8· erzeugt wird, in •'Übereinstimmung mit der Teilung W der Moire-Interferenz gebracht wird, die durch die Beugungsgitter 19 und 8 erzeugt wird, wodurch die Gitter beider Beugungsgitterkopien 8 und 8"¹ parallel zueinander ausgerichtet werden.

Gemäß der Erfindung können Beugung&gitterkopien hergestellt v/erden, deren Gitter alle um den gleichen Winkel gegenüber den lindflachen ihrer Träger geneigt sind, so daß der oben erwähnte Unterschied der Teilungen der Moire-Interferenz verhältnismäßig klein wird. Daher ist ee einfach, die Gitter 8 und 8· durch die Einstellung der Schrauben H und 15 parallel zueinander auszurichten.

Selbst wenn jedoch die Gitter 8 und β* parallel zueinander ausgerichtet sind, sind die Moire-Interferenzen W, W an der Verbindungsstelle der Gitter 8 und 8¹, wie in Fig. 8 gezeigt, gegeneinander versetzt, wenn der Spalt g nicht der Größe n.w. gleicht, d.h. wenn s/ m.w, wobei m eine positive ganze Zahl und w die Teilung eines Beugungsgitters ist, mit anderen Worten, wenn das Gitter 8 an aer Verbindung g nicht in Phase mit aem Gitter 8' ist.

Allgemein ist es theoretisch bewiesen, daß boi einer Beobachtung der Lloire-Interferenz die Phase des durch zwei im Abstand voneinander befindlichen Beugungsgitter 8, 8¹ hindurchtretenden Lichts von der relativen Phase der Gitter 8, 8* abhängt, d.h. von aem Spalt j und von dem Unterschied in aer Stärke aer Gitter 8, 19 und der Stärke der Gitter 8',

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Weiterhin ist es theoretisch bewiesen, daß, wenn zwei Beugungsgitter 20 und 21 übereinander so angeordnet sind, daß nur Lichtstrahlen nullter und erster Ordnung stark gebeugt werden, wie dies -in Fig. 9 gezeigt ist, und daß die dadurch entstendene Moire-Interferenz aus einer Richtung beobachtet wird, bei der die gesamte Ordnungszahl die erste Ordnungszahl ist, die Phasen der gebeten Lichtstrahlen (O,-H) una(+1, ü) durch den Unterschied in der Stärke der Gitter 20 und 21 nicht beeinflußt werden» wenn die an dem Beugungsgitter 21 gebeugten Lichtstrahlen aer nullten und ersten Ordnung auf das Beugungsgitter 20 so auftreffen, daß eine gegenseitige Beziehung zwischen dem Y/inkel ß. und dem Winkel ß₂ die Bedingung S₁= -S₂ erfüllt, wobei ß., der Winkel zwischen üem einfallenden Lichtstrahl und der Senkrechten auf aas Beugungsgitter und β£ der Winkel zwischen dem gebeugten Lichtstrahl und der Senkrechten ist.

Da es in der Praxis schwierig ist, die Stärke der beiden Beugungsgitter 8 und 8' vollständig gleich zu machen» wird gemäß der Erfindung die Moire-Interferenz aus einer solchen Kichtung beobachtet, üali die Phase der Lichtstrahlen durch aen Unterschied in der Stärke der Gitter der beiden plattenförmigen Beugungsgitter nioht beeinflußt ist, während die Mikrometersehraube 15 genau eingestellt wird, um den Spalt g gleich BUW. su machen, d.h. g «B.w.

Wie oben erklärt, führt die Einstellung der Schrauben 14 und 15, um die Teilungen der Moire-Interferenz gleich su »aohen, und der Mikrometerschraube 15» um die gegenseitig· Versetzung dieser Moire-Interferenzen zu beseitigen, stfr parallelen Ausrichtung der in Fig. 7 gezeigten Gitter 8 und 8* und ergibt weiterhin den wichtigen Vorteil, daß der Spalt g dar Größe m.w'gleich gemacht wird, d.h. g * m.w.

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•Erfindungsgeinäß werden die so eingestellten Gitter 8 und 8¹ mechanisch miteinander verbunden öder mit Hilfe des synthetischen Harzes miteinander verkittet,- um ein zusammengesetztes Beugungsgitter zu bilden.

Ein langes Beugungsgitter von jeder gewünschten Länge kann erhalten werden, indem weitere Beugungsgitterkopien nacheinander in gleicher V/eise mit den Beugungsgittern 8 und 8' verbunden werden, und zwar mechanisch oder mit Hilfe der Verkittung wie oben erklärt.

Das erhaltene zusammengesetzte Beugungegitter ist um do besser, je schmaler der Spalt g isii, In der Praxis existiert allerdings eine untere Grenze für die Spaltweite g. Ytenn Lichtstrahlen auf ein zusammengesetztes Beugungsgitter 22 fallen, das, wie in Fig. 10 gezeigt, eine rechteckige Querschnittsfora aufweist, wobei die einfallenden Strahlen gegenüber der Normalen auf das Gitter 22 um einen Winkel Tgeneigt sind, wird g an dem Spalt 23 zu g¹, das * durch den Ausdruck:

(2) " g¹ = (g + ν. tan Y). cos ·

gegeben ist, wobei L die Stärke des Gitters 23 1st.

Wenn die gleichen Lichtstrahlen auf ein zusammengesetztes Beugungsgitter 24 auftreffen, dae, wie in Fig. 11 gezeigt, im Querschnitt parallelogrammartig ist, wobei die einfallenden Strahlen gegenüber der Normalen auf das Gitter 24 um den gleichen Winkel f geneigt sind und wobei die Endfläche des Parallelogramms um einen Winkel tL gegenüber seiner Seitenfläche geneigt ist, wird g am Spalt 25 zu g", das durch den Ausdruck

(3) , g" = g. cos Y

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gegeben ist. Aus den Formeln (2) und (3) erhält man:

g¹ - g" = t ein /

Aus dieser Formel ist ersichtlich, daß die Verwendung des in Fig. 11 gezeigten zusammengesetzten Beugungsgitters 24 eine Verringerung des Einflusses des Spaltes auf die Moire Interferenz in dem durch die obige Formel gezeigten Maße ergibt, wodurch die Verwendung einer Einrichtung Bum photo elektrischen Zählen des Betrages, um den die Moire-Interfe renzen versetzt sind, erleichtert wird.

anderes Merkmal der Erfindung liegt darin, daß das zusammengesetzte Beugungsgitter, das durch den anhand von Fig. 7 erklärten Arbeitsschritt erhalten wird, als Muttergitter verwenaet wird, von dem ein zusammengesetztere Beugungsgitter, wie oben beschrieben, kopiert wird. Das so kopierte, zusammengesetzte Beugungsgitter ist in Fig. 12 gezeigt, in der die Gitter mit 26 und ein einer Anzahl von gittern gemeinsamer Träger mit 27 bezeichnet sind.

Wie oben erwähnt, ergibt sich erfindungsgemäß unter Vereinigung mehrerer Arbeitischritte eine wirtschaftliches Verfahren zur üerienherstellung langer, zusammengesetzter Beugungsgitter, ohne daß große Kosten entstehen, und ohne die Verwendung einer speziell auegelegten Gitter-Teilmaschine. Es kann in bequemer Weise für die genaue Messung unter Ausnutzung der Moire-Interferenz und für die'automatische Steuerung von Werkzeugmaschinen usw. benutzt werden.

-Pat ent ans prüc he-

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Claims (2)

■CHWCIQXMTRAME S _ "| 0— TiiiiiiHHimnii ΡΒΟΤΒΟΤΡΛΤΒΙΤ UlI(CIII 1Λ-33 663 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Beugungsgitters, dadurch gekennze i'chnet, aäß von einem Mutterbeugungsgitter eine Anzahl von Beugungsgitterkopien' abgezogen weraen, deren Träger jeweils eine Länge haben, die kleiner als die Länge des (litters des Mutterbeugungsgitters' ist, und in Längsschnitt rechteckig oder parallelogrammförniig sind, wobei die Winkel zwischen den Seiten- und Endkanten jeden Trägers rechte Winkel sind; daß zwei der so' erhaltenen Beugungsgitterkopien nebeneinander unter Wahrung eines Abstandes in einer Einspannvorrichtung eingespannt wenden, wobei eines der Beugungsgitterkopien fest eingespannt wird, während das anaere einstellbar eingespannt wird, wodurch die Gitterlinien der letzteren Beugungsgitterkopie in bezug auf Kichtung und Phase in Übereinstimmung mit denen oer fest angeordneten gebracht werdenj und daß die Beugungsgitterkopien miteinander verbunden oder verkittet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mutter eine zusammgesetzte Beugungsgitterkopie vorwendet wird, die eine Anzahl von Beugungsgitterkopien umfaßt, die miteinander verbunden oder verkittet sind, unu daß von dieser Mutter eine Anzahl von zusammengesetzten jjeutäunßsgitterkopien auf einen gemeinsamen Träger abgezogen werden.

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