DE1108461B

DE1108461B - Verfahren zum Kopieren von optischen Beugungsgitternachbildungen

Info

Publication number: DE1108461B
Application number: DEN11293A
Authority: DE
Inventors: Leonard Alfred Sayce; Gordon Douglas Dew
Original assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Current assignee: NAT RES DEV; National Research Development Corp UK
Priority date: 1954-10-14
Filing date: 1955-10-13
Publication date: 1961-06-08

Description

Verfahren zum Kopieren von optischen Beugungsgitternachbildungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, um eine kurze optische Beugungsgitternachbildung, z. B. aus Gelatine, wiederholt in beliebigen Längen phasenrichtig zu kopieren.
Zur Herstellung von Beugungsgitterkopien wird bisher im allgemeinen eine Modellspirale in Form einer sehr genauen feinen Schraubenlinie auf einen sorgfältig vorbereiteten polierten Zylinder geschnitten.
Ein Häutchen, das aus Celluloseacetat, Cellulosenitrat, Polymethylmethacrylat oder Polystyrol bestehen kann, wird dann flach auf mit Schraubenlinien versehenen Zylinder aufgegossen, abgenommen, flach ausgebreitet, zugerichtet und eine Nachbildung durch z. B. einen Gelatineabdruck von dem Häutchen hergestellt.
Gitterkopien von Gitternachbildungen wurden bisher durch Warmverfestigung der Gitternachbildung hergestellt, um sie hart und unlöslich zu machen, und dann eine Lösung des Materials vergossen, von dem die Kopie auf der Nachbildung hergestellt werden soll, dann getrocknet und der Film oder die Folie abgezogen, die nunmehr eine Gitterkopie darstellt.
Wahlweise können Stoffe, wie etwa die durchsichtige regenerierte Viskose »Cellophan«, die in Wasserdampf quillt und in der eingepreßte Formänderungen nach dem Trocknen zurückbleiben, während des Dämpfens mit der Nachbildung in Berührung gebracht und mit ihr zusammen getrocknet werden, so daß das Material, wenn es getrocknet und von der Nachbildung abgezogen ist, einen Gitterabdruck zurückbehält. Bei verschiedenen Stoffen können außer Wasser auch andere Lösungsmittel für das Weichmachen oder Dämpfen verwendet werden. Diese Verfahren werden auch zur Herstellung von Gitterkopien größerer Länge als die Gitternachbildung angewendet, wobei eine Anzahl von Nachbildungen angeordnet werden, deren Enden jeweils aneinanderliegen und die Nachbildungen demselben Verfahren unterzogen werden.
Es ist insbesondere ein Verfahren bekannt, wonach Gitterkopien beliebiger Länge von Beugungsnachbildungen aus Gelatine dadurch erhalten werden, daß man in der Wärme härtende Kunstharze, insbesondere aus Celluloseacetat, über auf einem drehbaren Zylinder befestigte Beugungsgftternachbildungen gießt und den gehärteten Film vom Umfang der Gitterwalze abzieht und aufwickelt. Bei diesem Verfahren ist keine Gewähr dafür gegeben, daß eine planparallele Kopie mit einwandfrei phasenrichtiger Gitterteilung erhalten wird, da es unwahrscheinlich ist daß beim Entstehen der Originalkopie auf der Walze alle Teile zueinander Phasenübereinstimmung besitzen. Ferner ergeben sich weitere Nachteile durch das Erhärten des in dicker Schicht aufgebrachten Kunstharzes, bei dem Schrumpfungen während der Abkühlung und Verwerfungen der Kopie entstehen können.
Es wurde nun ein Verfahren zum phasenrichtigen Kopieren von kurzen optischen Beugungsgitternachbildungen, beispielsweise aus Gelatine, gefunden, wobei die aus gehärteter Dichromatgelatine hergestellte Beugungsgiuernachbildung auf einer ebenen Unterlage mit einem durchsichtigen, flüssigen, kalthärtenden Kunstharz in dünner Schicht übergossen und diese Schicht bis zum Erhärten mit einer Preßplatte planparallel zur Beugungsgitternachbildung und in vorbestimmter Dicke von vorzugsweise 0,025 mm geformt und dann mit einer Preßplatte abgezogen und in Richtung der Gitterteilung um etwas weniger als die Gesamtlänge der Beugungsgitternachbildung verschoben und mit der Teilung der Nachbildung in Eingriff gebracht wird, worauf der freie, vorzugsweise kapillare Raum zwischen der Preßplatte und der Beugungs gitternachbildung wiederum mit kalthärtendem Kunstharz ausgegossen wird, bis die gewünschte Länge der Gitterkopie erreicht ist. Dadurch wird erreicht, daß die gegenüber der Nachbildung längere Gitterkopie phasenrichtig entsteht.
Das erfindungsgemäß angewendete kalthärtende Kunststoffmaterial ist dünuflüssig und füllt zuverlässig auch die feinste Gitterteilung in sehr dünner und hervorragend planparalleler Schicht aus, was durch die beidseitige Führung zwischen der auf die ebene Unterlage aufgebrachten Beugungsgitternachbildung und der angedrückten Preßplatte erreicht wird. Beim Angießen des jeweiligen Verlängerungsabschnittes kriecht das dünnflüssige, kakhärtende Kunstharz normalerweise von selbst in den durch die Preßplatte und die Beugungsgitternachbildung gebildeten kapillaren Raum, so daß eine lückenlose planparallele Folie ohne Verdickungen auf einfache Weise erhalten wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von auf starren Trägern aufgebrachten dünnen Kunststoffmassen werden Phasenfehler vermieden und sehr genaue Kopien erhalten.
Eine beachtenswerte Zahl von Gitterkopien kann gemäß der Erfindung von einer einzigen Nachbildung ohne Nachteil für die letztere hergestellt werden. Wo t:;bertragungsgitter gewünscht werden, ist die Unterlage normalerweise ein Glaspreßstück, das nicht optisch zu sein braucht. Fensterglas ist sehr geeignet.
Um die Adhäsion des Kunstharzes an dem Glaspreßstück zu fördern, kann die Glasoberfläche durch das Standardglas-Bearbeitungsverfahren oder durch einen Überzug mit einer dünnen Schicht von Silikonmonoxyd im Vakuumaufdampfverfahren hergestellt werden. Wahlweise kann die Oberfläche mit einer dünnen Schicht von Zinnoxyd durch Kathodenzerstäubung überzogen werden, wobei es nachfolgend in eine alkoholische Kollophoniumlösung eingetaucht wird.
Wo Reflexionsgitter erforderlich sind, kann die Unterlage aus anderem Material bestehen, jedoch ist Glas auch geeignet, das ein sehr leicht erhältliches Material darstellt.
Das verwendete Harz ist üblicherweise ein ungesättigter Polyester eines mehrwertigen Alkohols und einer mehrbasischen Säure, die einer die ungesättigte Gruppe - CH CH - enthalten, mit oder ohne den Zusatz eines modifizierten Monomers, wie z. B. Styrol.
Bezeichnet man Alkohol- und Säureadikal mit »A« und »B«, dann ist die molekulare Struktur eines einfachen linearen Esters folgende: I -A-B-A-B-A-Wenn das Harz auch ein modifizierendes Mono mer Q enthält, das beispielsweise Styrol sein kann, wandelt dieses den einfachen thermoplastischen linearen Ester durch Reaktion mit den Säureestern »B« in ein versetztes wärmehärtbares Harz folgender Struktur um: Für die Zwecke der Erfindung darf das Harz vol der Polymerisation nicht viskos sein. Es muß jedoch durchsichtig und nach der Verfestigung beständig sein.
Solche Harze sind im Handel frei erhältlich. Sie werden im allgemeinen unmittelbar vor der Anwendung mit einem Katalysator und einem Beschleuniger gemischt, um die Verfestigung zu fördern.
Solche Kunstharze sind leicht von der mit Dichromat behandelten Gelatine des Nachbildungsgitters zu trennen, wenn jedoch Zweifel bestehen, daß die Trennung mit Beschädigungen für die Nachbildung verbunden ist, kann zur Trennung ein Trennmittel angewendet werden. Wenn beispielsweise Kopien von einem Kunstharzgitter hergestellt werden sollen, kann der Kunstharzmischungsguß etwa 10/o eines Silikonöls enthalten, um sicherzustellen, daß die Gitter leicht trennbar sind, obwohl sie weitgehend aus demselben Material bestehen.
Die Trennung einer Gitterkopie von der Nachbildung erfolgt meist durch mechanisches Abziehen, wobei an den vorstehenden Teilen des Preßglases und der Gitternachbildung angesetzt wird. Wenn jedoch die Rohlinge zwischen dem Ende der Nachbildung liegen, wird der hervorstehende Teil auf einem Gitter abgestützt, während ein auf die vorstehenden Seiten der Nachbildung ausgeübter Schraubendruck die Trennung bewirkt.
Die Dicke der Kunstharzgußschicht beträgt üblicherweise etwa 0,025 mm, wobei diese Dicke vorausbestimmt und die Unterlage durch geeignete Abstandhalter wie etwa feine Drähte parallel mit der Nachbildung gehalten werden kann.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Unterlagen in der gewünschten Länge genommen und Gitterkopien auf einem Ende in der Weise gebildet, wie es oben unter Verwendung von Abstandhaltern beschrieben ist, um die Unterlage zur Nachbildung parallel zu halten. Die gebildete Gitterkopie wird von der Nachbildung getrennt und parallel zu sich selbst in eine Lage gebracht, in der ein schmaler Streifen des gebildeten Gitters in Berührung und in Phase mit der Nachbildung und der Unterlage parallel zu der Gitternachbildung gebracht wird. Der Abstandhalter zwischen der Unterlage und der Nachbildung wird z. B. durch Kapillarwirkung mit Kunstharz ausgefüllt und das Kunstharz härten gelassen.
Die Kopie wird von der Nachbildung getrennt und das Verfahren wiederholt, bis ein Gitter der gewünschten Länge erhalten wird.
Die Unterlage kann zwecks Parallelführung an einer Kante der Unterlage, die zweckentsprechend bearbeitet wurde, geführt werden, wobei diese Kante gegen zwei oder mehr Anschläge angelegt wird, die unter Berücksichtigung der Lage der Gitternachbildung fest eingebaut sind. Die Unterlage kann nach Wahl festgestellt und das Nachbildungsgitter kann gegenüber einer äußeren geraden Kante bewegt werden.
Die Phasenübereinstimmung zwischen dem schmalen Gitterstreifen und dem Teil der Nachbildung, der darüber liegt, kann durch Beobachtung durch ein Mikroskop ermittelt werden.
Wo Transmissionsgitter erforderlich sind, ist es wünschenswert, daß die Brechungsindices des Kunstharzes und der Glasunterlage weitgehend die gleichen sind, um die Lichtstreuung auf der Zwischenfläche zu verringern.
Wo Reflexionsgitter erforderlich sind, kann die Gitterkopie im Vakuum aluminisiert werden oder auf andere Weise mit einer reflektierenden Oberfläche molekularer Abmessung versehen werden.
Die Erfindung und ihre praktische Anwendung wird nachstehend an Hand der schematischen Darstellungen beschrieben, in denen die Fig. 1 bis 3 Verfahrensstufen bei der Herstellung einer Gitterkopie von einer Nachbildung darstellen; Fig. 4 zeigt die Trennung der Gitter- und Nachbildungskopie, und Fig. 5 verdeutlicht die Herstellung von Gitterkopien, die eine größere Länge als die Nachbildung haben, von der sie kopiert werden.
In den Fig. 1 bis 3 sind die Ausmaße der Kerben des Gitters stark übertrieben dargestellt, um sie sichtbar zu machen. Die Stärke einiger Teile wuide ebenso stark übertrieben. Eine Gitternachbildung 1 aus gehärteter Dichromatgelatine oder anderem Material, das durch das Harz nicht nachteilig beeinflußt wird, wird auf einer Unterlage 2 aus optischem Flachglas angeordnet. Die Teilung 3 zwischen den benachbarten Kerben des Gitters kann von 0,05 bis 0,0006 mm reichen, während die Nachbildung 1 von 0,0025 bis 0,025 mm Dicke und die Unterlage 2 etwa 6 mm oder dicker sein kann.
Über die Oberfläche der Gitternachbildung wird eine geringe Menge eines flüssigen, in der Kälte härtbaren durchsichtigen Kunstharzes 4 ausgebreitet, das irgendwelche Katalysatoren oder Beschleuniger enthält, die zur Förderung seiner Polymerisation und Härtung nötig sind. Eine Unterlage 5 für die Gitterkopie, im allgemeinen aus Fensterglas, wird auf die Kunstharzfläche gelegt und dort so fest angepreßt, daß das überschüssige Kunstharz zusammen mit etwa vorhandenen Luftblasen, die sich darunter befunden haben können, seitlich herausgedrückt wird.
Die Unterlage wird dann parallel zu dem Nachbildungsgitter gehalten, bis das Kunstharz ausgehärtet ist. Falls erwünscht, können die Unterlage 2 und die Unterlage 5 parallel zueinander und mittels der Abstandhalter 8, wie beispielsweise feiner Drahtstücke, in einen gewünschten Abstand gehalten werden. Das Kunstharz kann eine wie vorher beschriebene Zusammensetzung haben, und um die Adhäsion des Harzes an die Glasunterlage 5 zu fördern, kann diese, wie vorher beschrieben, behandelt werden.
Wenn das Harz ausgehärtet ist, werden die Gitter durch die Vorrichtung gemäß Fig. 4 getrennt. Ein Anschlag 6 liegt an einer Kante der Unterlage 5 an, die sich über das Ende der Unterlage 2 erstreckt und die beiden Gitter und ihre entsprechenden Unterlagen oberhalb der Grundplatte 7 abstützt. Ein winkelförmiges Halterpaar 8 hält die Kanten der Unterlage 2 eindeutig auf dem Nachbildungsgitter sowie auf der Unterlage 5 und wird durch Muttern 9 oder Schrauben 10 heruntergedrückt, die aus der Grundplatte 7 herausragen, um die Nachbildungs- und die Kopiegitter zu trennen.
Das abgetrennte Kopiegitter wird in eine Stellung, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, gebracht. Ein überwiegender Teil des Kopiegitters wird in eine Stellung parallel und in Deckung mit dem Nachbildungsgitter gebracht und mit der Nachbildung in der oben beschriebenen Weise in Eingriff gebracht, während die beiden Unterlagen durch geeignete Abstandhalter, durch die Kreislinien 11 dargestellt, parallel gehalten werden.
Der Raum 12 zwischen der Nachbildung 1 und der Unterlage 5 wird dann durch Kapillarwirkung mit Harz gefüllt, das anschließend erhärtet. Die Kopie und die Nachbildung werden dann getrennt. Dieser Vorgang kann so oft wie nötig wiederholt werden, um ein Gitter gewünschter Länge herzustellen.
Es wurde festgestellt, daß in der Praxis keine merklichen Gußnarben an den Verbindungen der verschiedenen Abschnitte der Harzgitterschicht entstehen.
Bei Gittern von beträchtlicher Länge wird die Glasunterlage vorzugsweise aufgerauht, da die anderen oben beschriebenen Methoden, das Glas vorzubereiten, Kathodenzerstäubungsaniagen oder Vakuumverdampfer von lästig großen Dimensionen verlangen. Ferner ist das Aufrauhen sehr wirkungsvoll in bezug auf die Harzadhäsion und wird mit sehr einfachen Anlagen erreicht.
Wenn ein langes Gitter in dieser Weise hergestellt und völlig polymerisiert ist, kann es als Vorbild verwendet werden, um weitere Kopien unter Verwendung desselben Harzes herzustellen. Um die Trennung der beiden Harzschichten zu ermöglichen, ohne die Adhäsion des Harzes an dem Glas zu beeinflussen, kann die Harzmischung für die Kopien durch Zusatz von etwa 10/o eines Silikonöls geringfügig modifiziert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren, um eine kurze optische Beugungsgitternachbildung, z. B. aus Gelatine, wiederholt in beliebigen Längen phasenrichtig zu kopieren, dadurch gekennzeichnet, daß die aus gehärteter Dichromatgelatine hergestellte Beugungsgitternachbildung (1) auf ebener Unterlage (2) mit einem durchsichtigen, flüssigen, kalthärtenden Kunstharz in dünner Schicht (4) übergossen und diese Schicht bis zum Erhärten mit einer Preßplatte (5) planparallel zur Beugungsgitternachbildung und in vorbestimmter Dicke von vorzugsweise 0,025 mm geformt und dann mit der Preßplatte (5) abgezogen und in Richtung der Gitterteilung (3) um etwas weniger als die Gesamtlänge der Beugungsgitternachbildung (1) verschoben und mit der Teilung (3) der Nachbildung (1) in Eingriff gebracht wird, worauf der freie, vorzugsweise kapillare Raum (12 in Fig. 5) zwischen Preßplatte (5) und Beugungsgitternachbildung (1) wiederum mit kalthärtendem Kunstharz vergossen wird, bis die gewünschte Länge der Gitterkopie (4) erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßstück ein Glaspreßstück ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasoberfläche aufgerauht wird, um die Adhäsion des Harzes an das Glas zu fördern.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht Silikonmonoxyd durch Vakuumverdampfung auf die Glasoberfläche aufgetragen wird, um die Adhäsion des Harzes an der Glasoberfläche zu fördern.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht von Zinnoxyd durch Kathodenzerstäubung auf die Glasoberfläche und danach eine Schicht von Kolophoniumharz in alkoholischer Lösung aufgetragen wird, um die Adhäsion des Harzes an der Glasoberfläche zu fördern.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Polyester eines mehrwertigen Alkohols und einer mehrbasischen Säure, gegebenenfalls mit einem Zusatz aus modifizierenden Monomeren ist.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Kopien eines Gitters aus Harz das Formstück für das Harzgemisch eine kleine Menge Silikonöl enthält, um die Trennung der Gitter nach der Verfestigung des Harzes zu erleichtern.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Kopie- und Nachbildungsgitter nach der Erstarrung des Harzes durch mechanische Kraftanwendung, die auf die herausragenden Teile der Unterlage und des Nachbildungsgitters ausgeübt wird, erfolgt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzschichtabdruck eine Dicke von der Größenordnung von 0,025 mm hat.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandhalter vorliegen, um die Unterlage parallel zu dem Gelatinenachbildungsgitter zu halten und die Dicke der Harzschicht festzulegen.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage an einer Parallel- verschiebung durch Bildung einer Kante und Befestigen derselben durch zwei oder mehrere Anschläge gehindert wird, die mit bzw. an dem Nachbildungsgitter befestigt sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage starr befestigt ist und das Nachbildungsgitter gegen eine außerhalb liegende gerade Kante bewegt wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des Harzes weitgehend der gleiche wie der des Glaspreßstückes ist, um die Lichtstreuung an der Berührungsfläche zu verringern.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kopiegitters im Vakuum aluminisiert wird, um ein Reflexionsgitter herzustellen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 468 942.