Устройство для записи радиальной дифракционной решетки

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изготовления радиальных дифракционных решеток, используемых в системах прецизионного измерения угловых перемещений. Цель изобретения - повышение качества и быстродействия записи решеток. Для этого предложено реализовать возвратно поступательный принцип движения интерференционного поля относительно поверхности вращающегося диска со светочувствительным слоем. Устройство содержит диск 1 со светочувствительным слоем 2, установленный на валу 3, оптическую систему формирования в светочувствительном слое 2 диска 1 массива радиальных интерференционных полос, включающую интерферометр, модулятор светового потока на базе оптически сопряженных радиальных дифракционных решеток измерительной 14, установленной на валу 3, и неподвижной индикаторной 15, а также фотоприемник 23, блок 24 формирования пилообразных электрических импульсов, модулятор 9 разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра, плоскопараллельную стеклянную пластину 25, которая установлена в одном из плеч двухлучевого интерферометра под углом к оптической оси плеча с возможностью изменения этого угла. При этом фотоприемник 23 подключен к входу блока 24 формирования пилообразных электрических импульсов, к выходу которого подключен модулятор 9 разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра, а вал 3 выполнен с возможностью непрерывного вращения. Модулятор 9 может быть выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя с закрепленным на нем зеркалом 7, установленным в одном из плеч двухлучевого интерферометра. 1 з.п. ф - лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изготовления радиальных дифракционных решеток, используемых в системах прецизионного измерения угловых перемещений. Цель изобретения повышение качества и быстродействия записи. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства (диск со светочувствительным слоем, на котором выполняется запись радиальной дифракционной решетки, и измерительная радиальная дифракционная решетка показаны с разрезом); на фиг. 2 зависимость электрических сигналов на выходе фотоприемника U₁ и на выходе блока формирования пилообразных электрических импульсов U₂ от угла ϕ поворота вала. Устройство (фиг. 1) состоит из диска 1 со светочувствительным слоем 2, установленного на валу 3, оптической системы формирования в светочувствительном слое 2 диска 1 массива радиальных интерференционных полос, включающей лазер 4, двухлучевой интерферометр формирования в каждом из его плеч расходящегося светового пучка со сферическим волновым фронтом, содержащий в свою очередь светоделительную призму-куб 5 и зеркала 6, 7 и 8. При этом зеркало 7 (либо 8) закреплено на модуляторе 9 разности оптических длин плен двухлучевого интерферометра. Кроме того, интерферометр включает два короткофокусных объектива 10 и 11, отклоняющее зеркало 12 и ограничительную полевую диафрагму 13 в виде сегмента, установленную между интерферометром и диском 1 с малым зазором относительно светочувствительного слоя 2. Кроме того, устройство состоит из модулятора светового потока на базе оптически сопряженных радиальных дифракционных решеток измерительной решетки 14, установленной на валу 3, и неподвижной индикаторной решетки 15, включающего оптическую систему освещения сопряженных решеток 14 и 15. Система освещения в свою очередь состоит из лазера 4, светоделительной призмы-куба 16, отклоняющих зеркал 17, 18, 19, 20 и расширителя светового пучка, состоящего из объективов 21 и 22. Устройство включает также фотоприемник 23, подключенный к входу блока 24 формирования пилообразных электрических импульсов, к выходу которого в свою очередь подключен модулятор 9 разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра, причем модулятор 9 выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя. В состав устройства входит плоскопараллельная стеклянная пластина 25, установленная в одном из плеч двухлучевого интерферометра под углом к оптической оси плеча с возможностью изменения этого угла посредством рычажной передачи 26, контактирующей с боковой профилированной поверхностью корректирующего диска 27, установленного на валу 3. Профиль боковой поверхности корректирующего диска 27 выполнен с учетом систематических погрешностей устройства, в первую очередь систематической погрешности измерительной радиальной дифракционной решетки 14 с целью их исправления при записи радиальной дифракционной решетки на диске 1. Устройство работает следующим образом. Вал 3 приводится во вращение с помощью электропривода. Включается лазер 4. Часть лазерного пучка ответвляется с помощью светоделительной призмы-куба 16 и направляется с помощью отклоняющих зеркал 17-19 на расширитель светового пучка, состоящий из объективов 21, 22, и далее с помощью отклоняющего зеркала 20 направляется на индикаторную радиальную дифракционную решетку 15, дифрагирует на ней и на измерительной радиальной дифракционной решетке 14. Фотоприемник 23 воспринимает один из дифракционных порядков прошедшего через решетки 15 и 14 светового пучка. При вращении вала 3 световой поток, воспринимаемый фотоприемником 23, модулируется по периодическому закону, близкому к гармоническому. Периодический электрический сигнал U₁ (фиг. 2), снимаемый с фотоприемника 23, управляет блоком 24 формирования пилообразных электрических импульсов, электрический сигнал U₂ с выхода которого (фиг. 2) подается на пьезоэлектрический преобразователь 9, который перемещает зеркало 7, изменяя оптическую длину плеча двухлучевого интерферометра. Угловой шаг Φ_о оптического модулятора светового потока связан с угловым шагом Φ радиальных интерференционных полос, формируемых двухлучевым интерферометром, согласно выражению φ ·φ_o (1), где k и l положительные целые числа, такие, что величина N · также является целым числом (здесь N полное число штрихов записываемой решетки). Тогда частота ν пилообразного сигнала на выходе блока 24 связана с частотой ν_осигнала, снимаемого с фотоприемника 23 и подаваемого на вход блока 24, в соответствии с выражением ν · ν_o (2) где m положительное целое число. При этом амплитуда пилообразного сигнала на выходе блока 24 имеет такое значение, что амплитуда изменения разности фаз интерферирующих световых пучков в двухлучевом интерферометре составляет величину, равную 2πm, а полярность подключения пьезоэлектрического преобразователя 9 к блоку 24 такова, что участок 28 прямого хода пилообразного сигнала U₂соответствует движению радиальных интерференционных полос, формируемых двухлучевым интерферометром, в направлении вращения диска 1. Указанный режим работы устройства обеспечивает неподвижность радиальных интерференционных полос относительно поверхности экспонируемого диска 1 в течение прямого хода 28 пилообразного сигнала. Поскольку время обратного хода 29 пилообразного сигнала много меньше времени прямого хода 28, то указанный режим обеспечивает регистрацию с высоким контрастом радиальных интерференционных полос в светочувствительном слое 2 непрерывно вращающегося диска 1. Диск 27 с профилированной боковой поверхностью изменяет посредством рычажной передачи 26 угол между поверхностью плоскопараллельной стеклянной пластины 25 и оптической осью плеча интерферометра, в котором она установлена. Поворот пластины 25 вызывает изменение оптической длины плеча интерферометра и, соответственно, смещение радиальных интерференционных полос относительно поверхности диска 1. Таким образом вводится коррекция положения штрихов записываемой на диске 1 радиальной решетки. После М оборотов вала 3 экспозиция диска 1 прекращается отключение лазера 4 (либо закрыванием фотозатвора, который при необходимости устанавливается перед светоделительной призмой-кубом 5). Число оборотов диска определяется требуемым временем экспозиции диска, зависящим от чувствительности используемого фотоматериала и мощности лазера. После соответствующей химической обработки диска 1 получают радиальную дифракционную решетку, имеющую угловой шаг, определяемый выражением (1). Устройство позволяет получать радиальную дифракционную решетку с высокой точностью при наличии исходной радиальной решетки, имеющей относительно невысокую точность. Исходная решетка используется в качестве измерительной радиальной решетки в модуляторе светового потока на базе оптически сопряженных радиальных дифракционных решеток. Исходная решетка может быть произвольного типа: нарезной, копией с нарезной, фотолитографической, полученной фотоспособом, голографической и т.д. Время записи решетки определяется в данном устройстве быстродействием модулятора разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра. Для пьезоэлектрического модулятора время записи решетки с числом штрихов порядка нескольких сотен тысяч составляет величину порядка нескольких минут. Высокая скорость записи является одним из основных факторов повышения точности записываемой радиальной дифракционной решетки. Устройство, кроме того, позволяет записывать радиальную дифракционную решетку с угловым шагом, отличным от углового шага исходной радиальной решетки. Так, угловой шаг записываемой решетки может быть уменьшен (увеличен) в 2, 3 и т.д. раза по сравнению с шагом исходной решетки. П р и м е р. Записана решетка со следующими параметрами: средний диаметр решетки 160 мм, число штрихов 259200; максимальная погрешность положения штрихов не более ±1 угл/с; время записи решетки 5 мин.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ РАДИАЛЬНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ, включающее диск со светочувствительным слоем, установленный на валу, выполненном с возможностью вращения, оптическую систему формирования в светочувствительном слое диска массива радиальных интерференционных полос, включающую двухлучевой интерферометр, отличающееся тем, что, с целью повышения качества и быстродействия записи, в него введены модулятор светового потока на базе оптически сопряженных радиальных дифракционных решеток измерительной, установленной на валу, и неподвижной индикаторной, фотоприемник, блок формирования пилообразных электрических импульсов, модулятор разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра, а также плоскопараллельная стеклянная пластина, установленная в одном из плеч двухлучевого интерферометра с возможностью изменения угла, образованного ей с оптической осью плеча, причем фотоприемник подключен к входу блока формирования пилообразных электрических импульсов, к выходу которого подключен модулятор разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра, а вал выполнен с возможностью непрерывного вращения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модулятор разности оптических длин плеч двухлучевого интерферометра выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя с закрепленным на нем зеркалом, установленным в одном из плеч двухлучевого интерферометра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2