DE3714158A1 - Vorrichtung zur bewertung der linearitaet von zu attestierenden beugungsgittern - Google Patents

Vorrichtung zur bewertung der linearitaet von zu attestierenden beugungsgittern

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DE3714158A1
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Vladimir Peicevic Gorelik
Nikulina Turuchano
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Holographie und betrifft eine Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Gittern.
Die Erfindung kann insbesondere im Meßwesen, der Spektroskopie sowie etwa zur Bestimmung der Gleichmäßigkeit der Strichverteilung über die Oberfläche von zu attestierenden Strichrastern sowie linearen und radialen Beugungsgittern Anwendung finden.
Es ist bereits eine Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Beugungsgittern bekannt, die folgende wesentlichen Komponenten aufweist: Eine Quelle für kohärente Strahlung (einen mit Jod stabilisierten He- Ne-Laser), ein im Strahlengang der kohärenten Strahlung angeordnetes Michelson-Interferometer, in dessen einem Arm das zu attestierende Beugungsgitter und ein Reflektor des Interferometers auf einem in bezug auf ein feststehendes lichtelektrisches Mikroskop verschiebbaren Wagen angeordnet sind, ein Interferenzrefraktometer zur Bestimmung des Brechungsindex der Luft, eine Präzisionsmeßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur der zu attestierenden Raster und der Luft, elektronische Geräte zur Zählung der Strichzahl des zu attestierenden Gitters und zur Interferenzstreifenzählung am Ausgang des Interferometers und zur Bestimmung der Längen der Meßbereiche unter Berücksichtigung von Änderungen des Brechungsindex berücksichtigenden Korrekturen (vgl. beispielsweise A. A. Bolonin, N. P. Gerasimov, V. L. Fedorin, L. F. Havinson, V. L. Shura, "Untersuchung eines Laser-Interferenzkomparators für Kopien des Normals der Längeneinheit des Meters", Kongreßbericht der wissenschaftlich-technischen Allunions-Konferenz "Einführung progressiver Mittel und Methoden zur Überwachung der Maße, für Präzisionsmessungen von Längen und Winkeln", Leningrad, 1984, S. 70 bis 71).
Diese vorbekannte Vorrichtung arbeitet wie folgt.
Das lichtelektrische Mikroskop wird nacheinander auf den Anfangs- und den Endstrich eines Meßbereichs gerichtet, innerhalb dessen die Striche des zu attestierenden Beugungsgitters gezählt werden, wobei der Interfereometerspiegel um einen Abstand verschoben wird, der gleich dem Meßbereich ist, während sich der Gangunterschied zwischen den interferierenden Bündeln um den doppelten Wert ändert.
Bei einer Verschiebung des Reflektors können auf der Ausgangsapertur des Interferometers sich verschiebende Interferenzstreifen beobachtet werden. Die Linearität des zu attestierenden Beugungsgitters wird bei dieser Vorrichtung durch Vergleichen der Zahl der Inteferenzstreifen mit der der Gitterstriche in den gleichen Meßbereichen bewertet. Hiebei bedarf es keines stofflichen Normals, dessen Länge gleich der des zu attestierenden Beugungsgitters ist; als Normal dient die im Vakuum gemessene Wellenänge der Strahlungsquelle.
Diese vorbekannte Konstruktion weist aber wegen grundsätzlicher Nachteile des verwendeten Michelson-Interferometers mit unkompensiertem Gangunterschied eine begrenzte Genauigkeit auf (der gesamte mittlere quadratische Meßfehler beträgt 0,06 µm/m). Infolgedessen bedarf es einer Korrektor der Wellenlänge der Strahlung, d. h. des Normals. Zur Bestimmung der Korrektur enthält die Vorrichtung außer dem Interferometer zusätzlich ein Interferenzrefraktometer.
Diese Vorrichtung ist in konstruktiver Hinsicht kompliziert und dient ausschließlich zur Attestierung von Kopien des Normals der Längeneinheit des Meters. weshalb sie für Industriezwecke zur Bewertung der Linearität einer großen Anzahl von langen, hochgenauen Beugungsgittern nicht herangezogen werden kann.
Ferner ist eine Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Beugungsgittern bekannt, die folgende wesentlichen Komponenten aufweist: - Eine Quelle für kohärente Strahlung, ein im Strahlengang der kohärenten Strahlung angeordnetes Kollimatorsystem, eine hin- und herbewegbare Baugruppe zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters, ein dieser gegenüber winkelverschiebbar montiertes zusätzliches Beugungsgitter und einen in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems liegenden und mit einer Registriereinheit elektrisch verbundenen Photodetektor (vgl. z. B. G. N. Rassudova, "Interferenz-Moir´streifen in einem System aus einem transparenten und einem Reflexions-Beugungsgitter", "Optika i spektroskopÿa", 1967, Bd. 22, Nr. 4, S. 614 bis 625).
Die Untersuchug der Abweichung der Strichverteilung eines Strichgitters von der Linearität (durch direkte Strichzählung längs des Gitters) wird bei dieser Vorrichtung durch die Untersuchung der Abweichung eines Moir´streifens vom geraden Verlauf ersetzt.
Die Moir´streifen stehen auf der Winkelhalbierenden des Winkels zwischen den Gitterstrichen in Längsrichtung des zu attestierenden Gitters senkrecht. Eine Änderung der Gitterperiode bewirkt eine Krümmung der Moir´streifen und entsprechend auch eine Abweichung vom geraden Verlauf.
Die genannte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Die beiden Gitter (das zu attestierende Gitter sowie ein zusätzliches Bezugsgitter) werden mit den Arbeisflächen aufeinandergelegt und nach dem Winkel zwischen den Strichen gegenseitig verschoben. Bei Beleuchtung mit kohärenter Strahlung und bei kleinen Abweichungswinkeln treten in der Apertur der Quelle Moir´streifen in Erscheinung. Zunächst wird eine Periode des Moir´streifens oberhalb der Eingangsapertur des Photodetektors gewählt, worauf die Gitter zueinander starr befestigt werden. Dann werden sie in bezug auf den Photodetektor verschoben, wodurch der gesamte Moir´streifen in Längsrichtung abgetastet wird. Nach der Krümmung der Moir´streifen wird die Linearität des zu attestierenden Gitters beurteilt.
Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der oben genannten, da das System aus den beiden Beugungsgittern wegen eines geringen Gangunterschieds zwischen den interferierenden Strahlenbündeln von der Größenordnung des Spalts zwischen den Gittern praktisch ein kompensiertes Interferometer darstellt, während beim Michelson-Interferometer dieser Unterschied gleich der doppelten Länge des zu attestierenden Gitters ist.
Der geringe Gangunterschied der Wellen der Strahlungsquelle für kohärente Strahlung in den Interferometerarmen führt zu folgendenVorteilen dieser Vorrichtung gegenüber der zuvor beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung:
  • - Es entfällt die Anbringung einer Korrektur bezüglich der klimatischen Bedingungen, was die Vorrichtung selbst und ihren Betrieb wesentlich vereinfacht.
  • - In der Vorrichtung kann eine quasikohärente Strahlungsquelle verwendet werden, was die Konstruktion und den Betrieb der Vorrichtung vereinfacht.
  • - Darüber hinaus wird der Vorgang der Attestierung beschleunigt, da die Streifenzählung durch eine Abtastung des bzw. der Moir´streifen ersetzt wird, was weniger Zeit in Anspruch nimmt.
  • - Bei einer derartigen Vorrichtung beträgt die Genauigkeit der Attestierung der Linearität ca. ein Zehntel des Streifens und erreicht bei einer Gitterperiode von 1 µm einen Wert von 0,1 µm.
Eine derartige konstruktive Ausführung der Vorrichtung, bei der das zu attestierende und das Bezugsgitter gleich lang und miteinander starr verbunden sind und sich vor dem gleichen Photoempfänger verschieben, gestattet es jedoch aus folgenden Gründen nicht, eine höhere Genauigkeit zu erzielen:
Die Bewertung der Linearität des zu attestierenden Gitters wird durch die Linearität des Normals selbst beeinflußt. Die Erzeugung von langen hochgenauen stofflichen Bezugsnormalen mit großer Strichzahl ist ein noch immer ungelöstes Problem, weshalb die Attestierung langer, hochgenauer Gitter mit großer Strichzahl einer Beschränkung unterliegt.
Die Messungen werden im Amplitudenbetrieb vorgenommen, weshalb die Signalamplitude von verschiedenen Faktoren beeinflußt wird, beispielsweise von einer Änderung der Strahlungsintensität oder einer Änderung des Beugungswirkungsgrades längs des Gitters wegen eines Einritzens von Strichen oder wegen einer ungleichmäßigen Begießung oder Bearbeitung der Emulsionsschicht oder des lichtempfindlichen Materials im Falle holographischer Gitter, Geräusche und Störungen (Vibration).
Aus den genannten Gründen gewährleistet also die oben beschriebene Vorrichtung keine hohe Genauigkeit bei der Bewertung der Linearität eines zu attestierenden Gitters, wobei sich dies besonders bei großer Länge und großer Strichzahl des Gitters bemerkbar macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Beugungsgittern anzugeben, bei der solche Konstruktionselemente vorgesehen sind und die Registriereinheit diesbezüglich so ausgeführt ist, daß eine erhöhte Genauigkeit bei der Bewertung der Linearität von zu attestierenden Beugungsgittern praktisch beliebiger Länge gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Anspruch 2 betrifft eine vorteilhafte Ausführungsform.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Gittern umfaßt eine Strahlungsquelle für kohärente Strahlung, in deren Strahlengang angeordnet sind:
  • - ein Kollimatorsystem,
  • - eine Baugruppe zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters, die hin- und herbewegbar angeordnet ist,
  • - ein zusätzliches Beugungsgitter, das bezüglich der Baugruppe winkelverschiebbar angeordnet ist, und
  • - ein Photoempfänger, der in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems angeordnet und mit einer Registriereinheit elektrisch verbunden ist,
und ist gekennzeichnet durch
  • - ein mit dem zusätzlichen Beugungsgitter starr verbundenes Piezoelement,
  • - einen mit dem Piezoelement elektrisch verbundenen Wechselspannungsgenerator und
  • - einen weiteren Photoempfänger, der in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems in einem vorgegebenen Abstand vom ersten Photoempfänger angeordnet und mit diesem sowie mit dem zusätzlichen Beugungsgitter starr verbunden ist
  • und
  • - eine Registriereinheit, die zwei Selektivverstärker, die an den jeweiligen Photoempfänger angeschlossen sind, und einen mit den Selektivverstärkern gekoppelten Phasenmesser umfaßt.
Um ein maximales Signal/Rausch-Verhältnis zu erzielen, ist es vorteilhaft, daß die Photoempfänger in bezug auf die Oberfläche des zusätzlichen Beugungsgitters unter einem Winkel ϕ m angeordnet sind, der aus der Beziehung
ermittelt wird, worin bedeuten:
R den Winkel zwischen der optischen Achse des Kollimatorsystems und einer Normalen zur Oberfläche des Beugungsgitters, m ±1, ±2, . . . d. h. eine Beugungsordnung oberhalb der nullten Beugungsordnung, λ die Wellenlänge der Strahlungsquelle für kohärente Strahlung und d die Periode des zusätzlichen und des zu attestierenden Beugungsgitters.
Diese konstruktive Konzeption der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet es, die Linearität eines zu attestierenden Beugungsgitters mit erhöhter Genauigkeit bei beliebiger Länge des zu attestierenden Gitters zu bewerten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in axonometrischer Darstellung,
Fig. 2 eine optoelektronische Schaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 sowie
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Beugung eines Strahlenbündels kohärenter Strahlung an den Beugungsgittern der Vorrichtung nach Fig. 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält auf einer Grundplatte 1 (Fig. 1) angeordnet eine Strahlungsquelle 2 (Fig. 1 und 2) kohärenter Strahlung, in der beschriebenen Ausführugnsform einen Laser, und im Strahlengang A der kohärenten Strahlung ein Kollimatorsystem 3, eine Baugruppe 4 zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters 5, die in den Richtungen B und C hin- und herbewegbar angeordnet ist, ein zusätzliches Beugungsgitter 6, das in bezug auf die Baugruppe 4 in den Richtungen D (Fig. 1) und E winkelverschiebbar angeordnet ist, und Photoempfänger 7 und 8, die in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters 6 und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems 3 in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Photoempfänger 7 und 8 sind miteinander und mit dem zusätzlichen Beugungsgitter 6 starr und mit einer Registriereinheit 9 (Fig. 2) elektrisch verbunden. Diese ist in Form zweier Selektivverstärker 10 und 11 eines Phasenmessers 12 ausgeführt. Der Eingang des Verstärkers 10 ist an den Photoempfänger 8 und der Eingang des Verstärkers 11 an den Photoempfänger 7 angeschlossen, während die Ausgänge der beiden Selektivverstärker 10 und 11 an die Eingänge des Phasenmessers 12 geschaltet sind.
Mit dem zusätzlichen Beugungsgitter 6 (Fig. 1 und 2) ist ein Piezoelement 13 starr verbunden, das mit einem Wechselspannungsgenerator 14 (Fig. 2) elektrisch gekoppelt ist.
Die Photoempfänger 7 und 8 sind in bezug auf die Oberfläche des zusätzlichen Beugungsgitters 6 unter einem Winkel ϕ m (Fig. 3) eingestellt, der aus der Beziehung (1)
ermittelt wird, worin bedeuten:
R den Winkel zwischen der optischen Achse 15 (Fig. 2) des Kollimatorsystems 3 und einer Normalen 16 (Fig. 3) zur Oberfläche des zusätzlichen Beugungsgitters 6, der dem halben Winkel zwischen den Strahlenbündeln des Interferometers entspricht, in dem dieses Gitter aufgezeichnet wurde, m ±1, ±2, . . . d. h. eine Beugungsordnung, λ die Wellenlänge der Strahlungsquelle 2 (Fig. 1 und 2) für kohärente Strahlung und d die Periode des zusätzlichen Beugungsgitters 6 und des zu attestierenden Beugungsgitters 5.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist
| R | = | ϕ m | ≈ 20°.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Kollimatorsystem 3 (Fig. 1) ein kurzbrennweitiges Objektiv 19, eine Blende 20 und ein Kollimatorobjektiv 21 auf, die in einem Gehäuse 17 untergebracht sind, das auf einem Untersatz 18 angeordnet ist, der seinerseits auf der Grundplatte 1 vorgesehen ist.
Die hin- und herbewegbar angeordnete Baugruppe 4 zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters 5 ist in Form zweier Halter 22 ausgeführt, in deren Schlitzen die Stirnenden des Beugungsgittes 5 befestigt sind. Die hin- und hergehende Bewegung der Baugruppe 4 wird durch eine starre Befestigung der Halter 22 auf einem Wagen 23 ermöglicht, der an einem mit der Grundplatte 1 starr verbundenen Gestell 24 angeordnet ist und auf diesem mittels eines Elektromotors 25 verschiebbar ist, der an einer am Gestell 24 befestigten Buchse 26 angeordnet ist. Die Ausgangswelle des Elektromotors 25 ist mit einer Schraubenspindel 27 und einer Mutter 28 kinematisch mit dem Wagen 23 verbunden. Die Schraubenspindel 27 ist in der Buchse 26 und in einer am Gestell 24 befestigten Buchse 29 gelagert.
Das zusätzliche Beugungsgitter 6 ist, wie oben beschrieben, in bezug auf die Baugruppe 4 zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters 5 winkelverschiebbar angeordnet. Zu diesem Zweck ist das Beugungsgitter 6 mit dem Piezoelement 13 in einer Fassung 30 untergebracht, die mit einem Ring 31 starr verbunden ist, der in einem Rahmen 32 drehbar angeordnet ist, der seinerseits mit einem auf der Grundplatte 1 vorgesehenen Träger 33 starr verbunden ist, Die Drehung erfolgt in den Richtungen E und D mittels zweier Schrauben 34 und 35, die im Kontakt mit einem Stift 36 stehen. Am Träger 33 sind die Photoempfänger 7 und 8 angeordnet, die in einem Gehäuse 37 gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bewertung der Linearität eines zu attestierenden Beugungsgitters arbeitet wie folgt:
Ein Bündel kohärenter Strahlung von der Strahlungsquelle 2 (Fig. 1 und 2) passiert das Kollimatorsystem 3, das eine monochromatische ebene Welle S (Fig. 3) aus dem Bündel der kohärenten Strahlung erzeugt. Die Welle S wird an den Beugungsgittern 5 und 6 gebeugt, wodurch sich in verschiedenen Beugungsordnungen ausbreitende Wellen entstehen werden. Die sich in der gleichen Richtung ausbreitenden Wellen interferieren miteinander, wodurch Interferenzstreifen unendlicher Breite - geschlossene Streifen, falls die Gitter nach der Strichzahl übereinstimmen, und Moir´streifen, wenn der Winkel zwischen den Gitterstrichen gleich Null ist - entstehen. Die Übereinstimmung nach der Strichzahl kann erreicht werden, indem das zusätzliche Beugungsgitter 6 mit der gleichen Strichzahl wie das zu attestierende Gitter 5 aufgezeichnet wird und die beiden Gitter parallel zueinander angeordnet werden, während der Nullwinkel zwischen den Strichen durch Drehen der Fassung 30 (Fig. 1) in bezug auf den Rahmen 32 in den Richtungen E und D mit Hilfe der Schrauben 34 und 35 eingestellt wird. Das an einem Ende mit dem zusätzlichen Beugungsgitter 6 und am anderen Ende mit der Fassung 30 verbundene und durch den Wechselspannungsgenerator 14 gesteuerte Piezoelement 13 versetzt das zusätzliche Beugungsgitter 6 in periodische Schwingungen, um so eine Phasenmodulation des Bündels der kohärenten Strahlung zu erzielen, wobei an das Piezoelement 13 eine Wechselspannung angelegt wird, die Sinus-, Sägezahn- oder eine andere Form aufweisen kann.
In Fig. 3 sind die sich ausbreitenden Wellen S einer der Beugungsordnungen wie folgt dargestellt: Durch die unteren Indices sind die Koordinaten eines Punktes x angegeben, in dem die Welle gebeugt wid, während die oberen Indices andeuten, an welchem der beiden Gitter die Welle gebeugt worden ist, wobei A das zu attestierende und B das zusätzliche Beugungsgitter bedeuten. Durch Pfeile sind nur Wellen angegeben, die sich in der gleichen Richtung ausbreiten und miteinander interferieren. Die Länge des zu attestierenden Beugungsgitters 5 ist mit L bezeichnet.
Infolge der Interferenz dieser Wellen bilden sich Interferenzstreifen, in deren Bereich die Photoempfänger 7 (Fig. 2) und 8 positioniert sind. Dies bedingt ihre starre Verbindung mit dem zusätzlichen Beugungsgitter 6.
Die Photoempfänger 7 und 8 liegen auf einer Linie, die senkrecht auf der Richtung der Welle einer der Beugungsordnungen oberhalb der nullten Beugungsordnung steht. Die Photoempfänger 7 und 8 registrieren zwei Sinussignale mit einer Frequenz ν, die eine Phasendifferenz Δϕ₁ aufweisen, die durch Gleichung (2) dargestellt wird,
Δϕ₁ = (Ψ₀ B - Ψ₁ B ) - (Ψ₀ A - Ψ₁ A ) (2)
worin bedeuten:
Δϕ₁die Phasendifferenz, die zwischen den Photoempfängern 7 und 8 auf dem ersten Abschnitt des zu attestierenden Beugungsgitters 5 gemessen wird, dessen Länge gleich dem Abstand l (Fig. 3) zwischen den Punkten x₀ und x₁ ist, und Ψ B und Ψ A Funktionen, die die Nichtlinearität des zusätzlichen Beugungsgitters 6 und des zu attestierenden Beugungsgitters 5 charakterisieren.
Der Wert Δϕ wird nach dem Phasenmesser 12 (Fig. 2) wie folgt ermittelt:
Die elektrischen Signale der Photoempfänger 7 und 8, verstärkt durch die auf die Frequenz des Wechselspannungsgenerators 14 eingestellten Selektivverstärker 10 und 11, gelangen zum Phasenmesser 12, der die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen mißt.
Das zu attestierende Gitter 5 (Fig. 3) wird stufenweise in Richtung der X-Achse um einen gleichen Wert l mittels der Baugruppe 4 verschoben, und nach jeder Verschiebung wird der Wert Δϕ gemessen; für die i-te Bewegungsstufe ergibt sich der Wert Δϕ i aus Gleichung (3):
Δϕ i = (Ψ₀ B - Ψ₁ B ) - (Ψ i-1 A - Ψ i A ) (3)
Wie aus der Beziehung (3) ersichtlich, geht der die Verzerrungen des zusätzlichen Beugungsgitters 6 in dessen zwei Punkten x₀ und x₁ beschreibende erste Term additiv in sämtliche Meßstufen ein, und eine Änderung erfährt lediglich der zweite Term, der die Linearität des zu attestierenden Beugungsgitters 5 bei jeder Elementarbewegung festlegt.
Die Bewertung der Linearität des zu attestierenden Beugungsgitters 5 hängt also nicht von der Güteklasse des verwendeten zusätzlichen Beugungsgitters 6 ab. Am besten ist es, mit der Vorrichtung bei einem Moir´streifen maximaler Breite zu arbeiten, da er der empfindlichste Streifen ist.
Durch Einsetzen der Normierungs-Grenzbedingungen Ψ₀ A = 0 und Ψ M A = 0, worin M ein endlicher Meßbereich ist, kann eine Phasenverteilungsfunktion (4)
erhalten werden, die eine Abweichung des zu attestierenden Beugungsgitters 5 von der Linearität in einer Reihe von äquidistanten Punkten festlegt. Aus Gleichung (4) kann der Maximalwert {δ i } max des mittleren quadratischen Fehlers bei der Errechnung des Wertes Ψ i A erhalten werden,
worin bedeuten:
d A die Periode des zu attestierenden Beugungsgitters 5und δden mittleren quadratischen Fehler bei der Messung der Phasendifferenz Δϕ i .
Die Anwendung der Phasenmodulation gestattet es, den Wert δ und damit auch {δ i } max zu verringern und dadurch die Meßgenauigkeit für die Messung von Δϕ i und dementsprechend auch von Ψ i A zu vergrößern. Die erfindungsgemäß angewandte Phasenmodulation gestattet es also, die Genauigkeit der Linearitätsbewertung zu erhöhen.
Der Maximalwert des mittleren quadratischen Fehlers {δ i } max bei der Ermittlung der Linearität eines Beugungsgitters von 1000 mm Länge und einer Liniendichte von 1000 mm-1 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung für
ergibt sich zu
Die konstruktive Konzeption der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet es also, die Genauigkeit zu steigern und Beugungsgitter praktisch beliebiger Länge zu attestieren.
Die gemäß der Erfindung erzielbare hohe Genauigkeit der Bewertung der Linearität eines zu attestierenden Beugungsgitters vorgegebener Länge ist auf folgendes zurückzuführen:
Bei der Attestierung von Beugungsgittern beliebiger Länge wird der Attestierunsfehler nicht auf die Länge und die Herstellungsgenauigkeit sowie auf die Attestierung des zusätzlichen Gitters selbst beschränkt.
Das Fehlen eines Bezugsnormals vereinfacht die Attestierung von Beugungsgittern beträchtlich, da sonst bei jeder Attestierung ein Normal gleicher Strichzahl und Länge erforderlich wäre, wobei die Erzeugung eines hochgenauen Normals für jede Strichzahl eine sehr komplizierte Aufgabe darstellt und die Herstellung eines Normals hoher Strichzahl und großer Länge derzeit noch nicht möglich ist.
Das bei der vorliegenden Vorrichtung angewandte Phasenmodulationsverfahren gestattet es, die Phasenmeßgenauigkeit und folglich auch die Genauigkeit der Bewertung der Linearität von Gittern zu erhöhen.
Die hohe Meßgenauigkeit bei der Phasendifferenzmessung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erzielt, daß die Phasendifferenz durch Schwankungen der Intensität der Strahlungsquelle und Änderungen des Beugungswirkungsgrades des zu attestierenden Gitters in dessen Längsrichtung und durch verschiedene bei den Messungen unvermeidliche Fremdgeräusche und -störungen (Vibrationen) nicht beeinflußt wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine Attestierung von Gittern praktisch beliebiger Länge ohne Bezugsnormal. Zu diesem Zweck braucht man ein zusätzliches Gitter, das so viel größer als l ist, daß eine Anordnung der Photoempfänger in seiner Apertur möglich ist. Liegt ein solches zusätzliches Gitter vor, kann man ein zu attestierendes Beugungsgitter beliebiger Länge in Stufen der Größe l abtasten und hierbei dessen Linearität bewerten.
Beispiel
Mit der erfindunsgemäßen Vorrichtung wurde die Linearität eines holographischen Beugungsgitters der Länge L = 700 mm und einer Liniendichte von 1000 mm-1 bewertet. Als Strahlungsquelle wurde ein He-Ne-Laser eingesetzt, während als Photoempfänger zwei Photodioden verwendet wurden.
Dabei wurde eine Phasenmodulation des Bündels der kohärenten Strahlung durch Erregung von Schwingungen über das Piezoelement vorgenommen, an das eine Sägezahnspannung einer Frequenz von 35 Hz angelegt wurde. Die Registriereinheit gestattete es, die Phasendifferenz mit einer Genauigkeit von 2π/360° zu messen. Als zusätzliches Beugungsgitter wurde ein holographisches Beugungsgitter einer Länge von 20 mm und gleicher Strichzahl wie bei dem zu attestierenden Gitter verwendet. Der Abstand l zwischen den Photoempfängern betrug 10 mm.
Der maximale mittlere quadratische Fehler {δ i } max bei der Bestimmung der Linearität des holographischen Beugungsgitters ergab sich zu
Infolge der Messungen mit dem oben genannten Fehler betrug die Abweichung des Beugungsgitters von der Linearität für seine gesamte Länge maximal 0,5 µm.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Bewertung der Linearität von zu attestierenden Gittern,
mit
einer Strahlungsquelle (2) für kohärente Strahlung, in deren Strahlengang (A) angeordnet sind:
  • - ein Kollimatorsystem (3),
  • - eine Baugruppe (4) zur Unterbringung des zu attestierenden Beugungsgitters (5), die hin- und herbewegbar angeordnet ist,
  • - ein zusätzliches Beugungsgitter (6), das in bezug auf die Baugruppe (4) winkelverschiebbar angeordnet ist, und
  • - ein Photoempfänger (7), der in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters (6) und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems (3) angeordnet und mit einer Registriereinheit (9) elektrisch verbunden ist,
gekennzeichnet durch
  • - ein mit dem zusätzlichen Beugungsgitter (6) starr verbundenes Piezoelement (13),
  • - einen mit dem Piezoelement (13) elektrisch verbundenen Wechselspannungsgenerator (14) und
  • - einen weiteren Photoempfänger (8), der in der Apertur des zusätzlichen Beugungsgitters (6) und in der Ausgangsapertur des Kollimatorsystems (3) in einem vorgegebenen Abstand vom ersten Photoempfänger (7) angeordnet und mit diesem sowie mit dem zusätzlichen Beugungsgitter (6) starr verbunden ist
  • und
  • - eine Registriereinheit (9), die aus zwei Selektivverstärkern (10, 11), die an den jeweiligen Photoempfänger (8, 7) angeschlossen sind, und einem mit den Selektivverstärkern (10, 11) gekoppelten Phasenmesser (12) aufgebaut ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Photoempfänger (7, 8) in bezug auf die Oberfläche des zusätzlichen Beugungsgitters (6) unter einem Winkel ϕ m angeordnet sind,der aus der Beziehung ermittelt wid, worin bedeuten:Rden Winkel zwischen der optischen Achse (15) des Kollimatorsystems (3) und einer Normalen (16) zur Oberfläche des Beugungsgitters (6),m±1, ±2, d. h. eine Beugungsordnung oberhalb der nullten Beugungsordnung,λdie Wellenlänge der Strahlungsquelle (2) für kohärente Strahlungundddie Periode des zusätzlichen (6) und des zu attestierenden Beugungsgitters (5).
DE19873714158 1987-04-10 1987-04-28 Vorrichtung zur bewertung der linearitaet von zu attestierenden beugungsgittern Withdrawn DE3714158A1 (de)

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DE3714158A1 true DE3714158A1 (de) 1988-11-17

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DE19873714158 Withdrawn DE3714158A1 (de) 1987-04-10 1987-04-28 Vorrichtung zur bewertung der linearitaet von zu attestierenden beugungsgittern

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DE (1) DE3714158A1 (de)
FR (1) FR2614435B1 (de)
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982837A (en) * 1975-01-24 1976-09-28 Controlled Environment Systems, Inc. Method and apparatus for calibrating Reseau grids
JPH0758206B2 (ja) * 1984-03-30 1995-06-21 株式会社日立製作所 モワレ縞を用いた位置検出装置

Non-Patent Citations (5)

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Title
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Also Published As

Publication number Publication date
CH674906A5 (de) 1990-07-31
FR2614435B1 (fr) 1989-08-11
GB8708620D0 (en) 1987-05-13
GB2203534B (en) 1991-05-01
GB2203534A (en) 1988-10-19
FR2614435A1 (fr) 1988-10-28

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