DE3741594A1 - HOLOGRAPHIC GRID AND ITS PRODUCTION - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf holographische Beugungsgit ter und Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to holographic diffraction gratings ter and process for their manufacture.
Die Beugungsgitter sind besonders in der optisch-mechani schen Industrie und insbesondere im Maschinenbau als Meß elemente und in der Metrologie als Eichmaße anwendbar.The diffraction gratings are particularly in the optico-mechanical cal industry and especially in mechanical engineering as a measurement elements and can be used as metrology in metrology.
Bekannt ist ein Beugungsgitter, das eine zusammengesetzte Kopie von Meß-Beugungsgittern darstellt (Zeitschrift "Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost" (Optisch-mecha nische Industrie), Moskau, 1975, H. 9, F.A. Mitina, A.M. Nizhin, G.N. Rassudova "Sostavnye kopii izmeritelnykh difraktsionnykh reshetok" (Zusammengesetzte Kopien von Meß-Diffraktionsgittern), S. 47 bis 50).A diffraction grating is known which is a composite Copy of diffraction grating represents (magazine "Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost" (Optical-mecha niche industry), Moscow, 1975, H. 9, F.A. Mitina, A.M. Nizhin, G.N. Rassudova "Sostavnye kopii izmeritelnykh difraktsionnykh reshetok "(Compound copies of Measuring diffraction gratings), pp. 47 to 50).
Das erwähnte Beugungsgitter besitzt einen Träger, auf dem eine polymere Harzschicht aufgebracht ist, auf der gegen seitig in Phase (Deckung) gebrachte Beugungsgitterab schnitte der Kopien von Vorlagen angeordnet sind. The diffraction grating mentioned has a carrier on which a polymeric resin layer is applied on the against diffraction gratings brought into phase on one side cuts of copies of templates are arranged.
Dieses Gitter wird durch Kontaktverfahren in folgender Weise hergestellt:This grid is made by contact methods in the following Made way:
Auf den Träger werden die Vorlagen aufgelegt, wobei mit tels einer dritten Vorlage je zwei Vorlagen nach dem Moir´streifenbild in Phase gebracht werden. Durch die Pha senabstimmung liegen die Striche der Beugungsgitter parallel, und der Abstand zwischen den Strichen zweier be nachbarter, in Phase gebrachter Abschnitte dieser Gitter ist gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Konstanten (Periode) der Gitter.The templates are placed on the carrier, with Using a third template, two templates each after Moir´ stripe image in phase. By the Pha The lines of the diffraction gratings are aligned parallel, and the distance between the lines of two be neighboring sections of these grids brought into phase is equal to an integer multiple of the constant (Period) of the grids.
Dann werden die Vorlagen weggenommen, worauf der Träger mit Harz begossen und die Vorlagen vorsichtig wieder auf gelegt und mit federnden Anschlägen angepreßt werden; da bei wird die Einstellung nach dem Moir´streifenbild über prüft und nötigenfalls nachjustiert.Then the templates are removed, after which the wearer doused with resin and carefully put the originals back on placed and pressed with resilient stops; there at is the setting according to the moir striped image checks and readjusted if necessary.
Nach zwei Stunden wird das überschüssige Harz entfernt; nach 18 bis 20 h wird die Kopie von den Vorlagen gelöst, die dann mit destilliertem Wasser gespült werden, um die beim Kopieren verwendeten chemischen Substanzen zu entfer nen.After two hours the excess resin is removed; after 18 to 20 hours the copy is released from the templates, which are then rinsed with distilled water to make the to remove chemical substances used in copying nen.
Durch das angeführte Verfahren können zusammengesetzte Ko pien der Beugungsgitter hergestellt werden, die eine be liebige Anzahl von Abschnitten enthalten.Compound Ko pien of the diffraction grating, which be a be contain any number of sections.
Auf dem in dieser Weise als zusammengesetzte Kopien der Meß-Beugungsgitter hergestellten Beugungsgitter sind un schraffierte Abschnitte vorhanden, d.h. Abschnitte, in welchen die Striche fehlen, sowie "Staffeln" bzw. Stufen, die auf dem Harz im Kopplungsgebiet der Vorlagen zurück bleiben. Durch die unschraffierten Abschnitte und die "Staffeln" wird die Genauigkeit der Diffraktionsgitter be einträchtigt. On the in this way as composite copies of the Diffraction gratings manufactured are un hatched sections available, i.e. Sections, in which the lines are missing, as well as "seasons" or levels, the back on the resin in the coupling area of the templates stay. Through the unshaded sections and the "Staggering" will be the accuracy of the diffraction grating impaired.
Bekannt ist ferner ein holographisches Beugungsgitter, das einen Träger und eine darauf aufgebrachte, bei der Gitterherstellung lichtempfindliche Schicht aufweist, in der ein System aus periodischen Strichen vorgesehen ist, die zu entlang der zu den Strichen senkrechten Richtung nacheinander angeordneten und gegenseitig in Phase gebrachten Abschnitten gruppiert sind (GB-B 86 24 014).A holographic diffraction grating is also known a carrier and one mounted thereon, in which Lattice production has photosensitive layer, in a system of periodic lines is provided, the too along the direction perpendicular to the dashes sequentially arranged and mutually in phase brought sections are grouped (GB-B 86 24 014).
Bei dem erwähnten holographischen Beugungsgitter sind zwei benachbarte Abschnitte im Interferenzfeld kontaktlos durch Trägerverschiebung in diesem Feld um eine der Feldapertur gleiche Länge aufeinanderfolgend aufgezeichnet. Dadurch sind bei diesem holographischen Beugungsgitter die Striche im Kopplungsgebiet der benachbarten Abschnitte ungleichmä ßig und diskontinuierlich verteilt, wodurch die Genauig keit dieses Gitters beeinträchtigt wird.In the holographic diffraction grating mentioned, there are two neighboring sections in the interference field without contact Carrier shift in this field by one of the field apertures same length successively recorded. Thereby are the lines in this holographic diffraction grating uneven in the coupling area of the adjacent sections ßig and discontinuously distributed, which makes the Accurate This grid is affected.
Um ein kontinuierliches, gleichmäßiges und hochgenaues Gitter aufzuzeichnen, muß der Träger mit einer Genauigkeit verschoben werden, die besser als ein Zehntel der Strich periode ist, was bei Mikrometerbruchteile betragenden Perioden praktisch unrealisierbar ist.To be a continuous, even and highly accurate To record grids, the carrier must be accurate be moved better than a tenth of the stroke period is what amounts to fractions of a micron Periods is practically unrealizable.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein holographisches Beugungsgitter, bei dem die Grenzen zweier benachbarter Abschnitte so angeordnet sind, daß die Ge nauigkeit des Gitters erhöht ist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.The present invention is based on the object holographic diffraction grating, in which the limits of two Adjacent sections are arranged so that the Ge accuracy of the grid is increased, and a method too to indicate its manufacture.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.The task is solved according to the requirements.
Das erfindungsgemäße holographische Beugungsgitter weist einen Träger und eine darauf aufgebrachte, bei der Gitterherstellung lichtempfindliche Schicht auf, in der ein System aus periodischen Strichen ausgebildet ist, die zu entlang der zu den Strichen senkrechten Richtung nacheinander angeordneten und zueinander in Phase gebrachten Abschnitten gruppiert sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzen zweier benachbarter Abschnitte so angeordnet sind, daß sie einander überdecken, wobei Überdeckungsbereiche vorliegen, und die Phasen der in diesen Überdeckungsbereichen angeordneten Striche übereinstimmen.The holographic diffraction grating according to the invention has a carrier and one mounted thereon, in which Lattice manufacturing photosensitive layer on which a system of periodic dashes is formed which too along the direction perpendicular to the bars sequentially arranged and in phase with each other brought sections are grouped, and is thereby characterized in that the borders of two neighboring Sections are arranged so that they face each other cover, with coverage areas, and the Phases of those arranged in these coverage areas Dashes match.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des holo graphischen Beugungsgitters beruht auf dem aufeinanderfol genden abschnittweisen Interferenzkopieren eines einzelnen Abschnittes eines Interferenzfeldes auf eine auf einem Träger vorgesehene lichtempfindliche Schicht über seine gesamte Länge unter gegenseitiger Phasenabstimmung der Abschnitte und ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Kopieren zwei benachbarte Abschnitte in ihren Endbereichen einander überdeckend und so angeordnet werden, daß die Phasen der in den Überdeckungsbereichen liegenden Striche übereinstimmen.The inventive method for producing the holo graphic diffraction grating is based on the successive intermittent interference copying of an individual Section of an interference field on one on one Carrier provided photosensitive layer over its total length with mutual phase coordination of the Sections and is characterized in that at Copy two adjacent sections in their end areas overlapping each other and arranged so that the Phases of the lines in the overlapping areas to match.
Die Konzeption des erfindungsgemäßen holographischen Beu gungsgitters gewährleistet eine kontinuierliche Anordnung der periodisch verteilten Striche entlang des Trägers bei beliebiger Länge des Trägers und beliebigen Strichfrequen zen sowie ihre gleichmäßige Verteilung, was zu einer er höhten Genauigkeit des Gitters führt.The conception of the holographic Beu according to the invention grid ensures a continuous arrangement of the periodically distributed lines along the carrier any length of the carrier and any line frequency zen as well as their even distribution, which leads to a leads to increased accuracy of the grid.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines konkreten Aus führungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei zeigen: The invention is based on a specific Aus management example with reference to the drawings explained, showing:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes holographisches Beugungsgit ter im Längsschnitt, Fig. 1 shows an inventive holographic Beugungsgit ter in longitudinal section;
Fig. 2 das Beugungsgitter von Fig. 1 in der Draufsicht, Fig. 2 shows the diffraction grating of Fig. 1 in top view,
Fig. 3 die sinusförmige Verteilung der Intensität der Strichschwärzung in einem der Überdeckungsbereiche des holographischen Beugungsgitters gemäß Fig. 1 und 2 und Fig. 3, the sinusoidal distribution of the intensity of Strichschwärzung in one of the coverage areas of the holographic diffraction grating shown in FIG. 1 and 2 and
Fig. 4 den Verlauf der Modulationstiefe eines Interferenz bildes im Überdeckungsbereich und in den ihm be nachbarten Bereichen, die in Fig. 3 eingezeichnet sind. Fig. 4 shows the course of the depth of modulation of an interference image in the coverage area and in the areas adjacent to it, which are shown in Fig. 3.
Das erfindungsgemäße holographische Beugungsgitter weist einen Träger 1 (Fig. 1) und eine darauf aufgebrachte, bei der Gitterherstellung lichtempfindliche Schicht 2 auf, in der ein System aus periodischen Strichen 3 (Fig. 2) ausgebildet ist, die zu entlang der zu den Strichen 3 senkrechten Richtung A nacheinander angeordneten und gegenseitig in Phase gebrachten Abschnitten 4, 5 und 6 gruppiert sind.The holographic diffraction grating according to the invention has a carrier 1 ( FIG. 1) and a layer 2 , which is photosensitive during the production of the grating, in which a system of periodic lines 3 ( FIG. 2) is formed, which is too long along the lines 3 vertical direction A are successively arranged and mutually phase sections 4 , 5 and 6 are grouped.
Die Grenzen zweier benachbarter Abschnitte 4 und 5 bzw. 5 und 6 liegen so, daß sie einander überdecken, wobei Über deckungsbereiche 7 und 8 vorliegen. Die Phasen der in die sen Überdeckungsbereichen 7 und 8 angeordneten Striche 3 stimmen überein. Die Überdeckungsbereiche 7 und 8 sind in der Zeichnung zur Hervorhebung mit verdickten Linien dar gestellt.The boundaries of two adjacent sections 4 and 5 or 5 and 6 are such that they overlap one another, with overlap areas 7 and 8 being present. The phases of the lines 3 arranged in these overlap regions 7 and 8 coincide. The coverage areas 7 and 8 are shown in the drawing for emphasis with thickened lines.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Phasen der Striche 3 in den Überdeckungsbereichen 7 (8) übereinstimmen. Die ge strichelten Linien deuten an, daß die Anzahl der diesen Überdeckungsbereichen 7 (8) zugeordneten Striche 3 von der Breite dieser Bereiche abhängig ist.From Fig. 3 it can be seen that the phases of the lines 3 in the overlap regions 7 ( 8 ) match. The ge dashed lines indicate that the number of these overlap regions 7 (8) associated with strokes 3 is dependent on the width of these areas.
Das erfindungsgemäße holographische Beugungsgitter wird durch aufeinanderfolgendes abschnittweises Interferenzko pieren eines einzelnen Abschnittes des Interferenzfeldes entlang der gesamten Gitterlänge hergestellt. Die gegen seitige Phasenabstimmung der Abschnitte 4, 5, 6 (Fig. 2) kann mittels eines zusätzlichen, strichfrequenzgleichen Hilfs-Beugungsgitters erfolgen, wobei das Moir´streifen bild des Interferenzfeldes und des Hilfs-Beugungsgitters ausgenutzt wird. Kopiert wird so, daß zwei benachbarte Ab schnitte 4 und 5 bzw. 5 und 6 mit ihren Grenzen aufeinandergelegt werden, wobei die Überdeckungsbereiche 7 und 8 gebildet werden.The holographic diffraction grating according to the invention is produced by successive section-wise interference copying of a single section of the interference field along the entire length of the grating. The mutual phase matching of sections 4 , 5 , 6 ( FIG. 2) can be carried out by means of an additional auxiliary frequency diffraction grating of the same frequency, whereby the moiré stripe image of the interference field and the auxiliary diffraction grating is used. It is copied so that two adjacent sections 4 and 5 or 5 and 6 are placed on top of each other with their limits, the overlap regions 7 and 8 being formed.
Die Strichfrequenz des auf diese Weise hergestellten Beu gungsgitters ist gleich der des zu kopierenden Interfe renzfeldes und kann im optischen Bereich mehrere Tausend Linien/mm erreichen.The line frequency of the Beu produced in this way The grid is equal to that of the interface to be copied boundary field and can be several thousand in the optical range Lines / mm.
Das erfindungsgemäße Gitter hat eine gleichmäßige Vertei lung der Striche 3 längs sämtlicher Abschnitte 4, 5 und 6, und zwar auch in den Überdeckungsbereichen 7 und 8, in denen die gleichmäßige Verteilung der Beugungseffektivität erhalten bleibt. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Striche 3 an einer beliebigen Stelle des Beugungsgitters wird durch die Gleichmäßigkeit der Streifenverteilung des zu kopierenden Interferenzfeldabschnittes bestimmt. Dabei ist eine Gleichmäßigkeit der Verteilung in der Größenord nung von λ/100 und mehr für eine Gitterlänge von nicht unter 70 mm erzielbar, worin λ die Wellenlänge der kohä renten Strahlungsquelle ist, beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel λ=0,6328. The grating according to the invention has a uniform distribution of the lines 3 along all sections 4 , 5 and 6 , in fact also in the overlap regions 7 and 8 , in which the uniform distribution of the diffraction effectiveness is maintained. The uniformity of the distribution of the bars 3 at any point on the diffraction grating is determined by the uniformity of the stripe distribution of the interference field section to be copied. A uniformity of the distribution in the order of λ / 100 and more can be achieved for a grating length of not less than 70 mm, where λ is the wavelength of the coherent radiation source, in the present exemplary embodiment λ = 0.6328.
Die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Striche 3 in den Überdeckungsbereichen 7 und 8 wird überdies durch die prä zise Phasenabstimmung der Striche 3 in diesen Über deckungsbereichen 7 und 8 sichergestellt.The uniformity of the distribution of the lines 3 in the coverage areas 7 and 8 is also ensured by the precise phase adjustment of the lines 3 in these coverage areas 7 and 8 .
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Modulationstiefe Q des Inter ferenzbildes (Ordinate, %) in einem der benachbarten Ab schnitte 4, 5 bzw. 5, 6 des holographischen Beugungsgit ters in Abhängigkeit von seiner Länge L (Abszisse, mm), wozu einer der Überdeckungsbereiche 7 bzw. 8 mit 3 mm Breite gehört. Die Modulationstiefe Q weicht im Über deckungsbereich 7 oder 8 um 3,6% und außerhalb des Über deckungsbereiches 7 oder 8 um 2,6% vom Höchstwert ab. Fig. 4 shows the course of the modulation depth Q of the interference image (ordinate,%) in one of the adjacent sections 4 , 5 and 5 , 6 of the holographic diffraction grating depending on its length L (abscissa, mm), which is one of the Cover areas 7 and 8 with a width of 3 mm. The modulation depth Q differs in positive coverage range from 7 or 8 to 3.6% and outside the coverage area 7 or 8 by 2.6% from the peak.
Die Verringerung der Breite des Überdeckungsbereiches 7 bzw. 8 auf das mögliche Minimum führt zu einer kleineren Differenz der Q-Werte.The reduction in the width of the coverage area 7 or 8 to the possible minimum leads to a smaller difference in the Q values.
Ein geringer Q-Unterschied ermöglicht bei der Prüfung von Strichmaßen die Einstellung auf den Strich des als Ver gleichsmaß eingesetzten erfindungsgemäßen Beugungsgitters mit der gleichen Genauigkeit sowohl außerhalb als auch innerhalb des Überdeckungsbereiches 7 bzw. 8.A small Q difference enables the adjustment to the stroke of the diffraction grating according to the invention used as a comparison measure with the same accuracy both outside and within the coverage area 7 and 8 when checking line dimensions.
Die zur Zeit existierenden Vergleichsmaße zur Prüfung von Strichmaßen besitzen eine geringe Strichfrequenz (höch stens 100 Linien/mm). Die erfindungsgemäßen Beugungsgitter sind dadurch notwendig geworden, daß mit der Zugänglich keit hochgenauer holographischer Gitter mit hoher Strich frequenz als Meßelemente auch die Entwicklung entsprechen der Vergleichsmaße zu ihrer Prüfung erforderlich wurde. Diese Vergleichsmaße müssen hohe Genauigkeit, Gleichmäßig keit und Kontinuität der Strichverteilung sowie hohe Strichfrequenz besitzen, die der des zu prüfenden Gitters entspricht. The currently existing comparative measures for testing Line dimensions have a low line frequency (max at least 100 lines / mm). The diffraction gratings according to the invention have become necessary because with the accessible high-precision holographic grating with a high line frequency as measuring elements also correspond to the development the comparative measures became necessary for their examination. These benchmarks need to be high accuracy, even continuity and continuity of the stroke distribution as well as high Line frequency have that of the grating to be tested corresponds.
Erfindungsgemäß wurde ein holographisches Beugungsgitter mit einer Länge von 1 m und einer Strichfrequenz von 1000 Linien/mm mit kontinuierlicher Verteilung der Striche 3 (Fig. 2) über seine Länge durch Überdeckung der Striche 3 an den Grenzen der gekoppelten Abschnitte hergestellt. Das Gitter wurde auf einem Glasträger aufgezeichnet, der mit einer hochauflösenden lichtempfindlichen Schicht überzogen war. Das Beugungsgitter besitzt eine hohe Verteilungs gleichmäßigkeit der Striche 3 über die gesamte Länge, ein schließlich der Überdeckungsbereiche 7 und 8. Der Gitter fehler beträgt höchstens 1 µm/m, was der Klasse Null der Eich-Vergleichsmaße entspricht.According to the invention, a holographic diffraction grating with a length of 1 m and a line frequency of 1000 lines / mm with continuous distribution of the lines 3 ( FIG. 2) over its length was produced by covering the lines 3 at the boundaries of the coupled sections. The grid was recorded on a glass slide coated with a high resolution photosensitive layer. The diffraction grating has a high distribution uniformity of the bars 3 over the entire length, including the overlap regions 7 and 8 . The lattice error is at most 1 µm / m, which corresponds to class zero of the calibration comparative measurements.
Das erfindungsgemäße Beugungsgitter besitzt gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Genauigkeit durch Kontinuität und Gleichmäßigkeit der Verteilung der Striche 3 über seine gesamte Länge. Die kontinuierliche Verteilung der Striche 3 wird dadurch sichergestellt, daß zwischen den einzelnen Abschnitten 4, 5 bzw. 5, 6 die Überdeckungsbe reiche 7 und 8 vorhanden sind, wobei sowohl außerhalb als auch innerhalb der Überdeckungsbereiche 7 und 8 Genauig keit und Gleichmäßigkeit der Strichverteilung und Beu gungseffektivität erhalten bleiben.Compared to the prior art, the diffraction grating according to the invention has increased accuracy due to the continuity and uniformity of the distribution of the bars 3 over its entire length. The continuous distribution of the lines 3 is ensured by the fact that between the individual sections 4 , 5 and 5 , 6, the overlap regions 7 and 8 are present, both outside and inside the overlap areas 7 and 8 accuracy and uniformity of the line distribution and Diffraction effectiveness is retained.
Auf der Basis dieser Gitter können hochgenaue kontinuier liche Vergleichsmaße hergestellt werden.On the basis of this grid, highly accurate continuous comparative measurements are produced.
Das erfindungsgemäße holographische Beugungsgitter, das durch Kopieren des Interferenzfeldes hergestellt ist, kann eine Strichfrequenz von 5000 Linien/mm und eine Ge nauigkeit von 0,2 µm/m aufweisen. In diesem Fall beträgt die Strichperiode 0,2 µm, was größenmäßig der Genauigkeit des eigentlichen Gitters entspricht. Wird ein solches Beu gungsgitter als Meßelement in Wegaufnehmern für lineare Verschiebung eingesetzt, so kann ohne jegliche elektroni sche Interpolation eine Diskretheit bzw. Auflösung von 0,2 µm durch einfaches Zählen der Interferenzstreifen erhalten werden. Das ist optimal, wenn die Diskretheit der Genauig keit entspricht.The holographic diffraction grating according to the invention, the is produced by copying the interference field a line frequency of 5000 lines / mm and a Ge have an accuracy of 0.2 µm / m. In this case is the stroke period 0.2 µm, which is the size of the accuracy corresponds to the actual grid. If such a Beu grid as a measuring element in displacement transducers for linear Shift used, so without any electronics interpolation a discretity or resolution of 0.2 µm obtained by simply counting the interference fringes will. This is optimal if the discretion is accurate corresponds to.
Claims (3)
- - einen Träger (1) und
- - eine darauf aufgebrachte, bei der Gitterherstellung lichtempfindliche Schicht (2) aufweist, in der ein System aus periodischen Strichen (3) ausgebildet ist, die zu entlang der zu den Strichen (3) senkrechten Richtung (A) nacheinander angeordneten und gegen seitig in Phase gebrachten Abschnitten (4, 5, 6) gruppiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Grenzen zweier benachbarter Abschnitte (4, 5 bzw. 5, 6) so angeordnet sind, daß sie einander über decken, wobei Überdeckungsbereiche (7, 8) vorliegen, und
- - die Phasen der in den Überdeckungsbereichen (7, 8) angeordneten Striche (3) übereinstimmen.
- - A carrier ( 1 ) and
- - an applied thereto, having grating fabrication photosensitive layer (2), in which a system is formed of periodic lines (3) to successively along the direction perpendicular to the bars (3) in the direction (A) arranged and mutually in phase brought sections ( 4 , 5 , 6 ) are grouped, characterized in that
- - The boundaries of two adjacent sections ( 4 , 5 and 5 , 6 ) are arranged so that they cover each other, with overlap areas ( 7 , 8 ), and
- - The phases of the lines ( 3 ) arranged in the overlap areas ( 7 , 8 ) match.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |