[发明专利]一种变间距刻划的方法及装置

说明书

本发明属于光电控制机械刻划领域中的一种变间距刻划的方法及装置。

随着现代科学技术的发展，在光谱学研究和高技术应用中变间距光栅的应用越来越多了。现有的变间距刻划方法主要是全息干涉法和机械刻划法。全息干涉法制做简单，但难以制出特定的槽形，衍射效率低，应用在凹球面消象散光栅上时消象散波长受到激光波长的限制。机械刻方法可刻出特定的槽形，衍射效率高，可在任意波长上消象散。但实现机械变间距刻划却十分困难特别是刻线间距变化量非常小时就更困难了（如凹球面变间距消象散光栅理论要求相邻间距的变化量约为10^-13米的数量级）。

如图1所示，一九七五年日本在激光干涉控制等间距刻划系统（7）的基础上用数值计算机（2），脉冲发生器（3）、步进电机（4）、差动齿轮系统（5），标准信号发生器（6）构成的系统按穿孔纸带（1）上编制好的程序给等间距刻划系统（7）附加进运动量而实现了变间距光栅的机械刻划（精密机械（日本）1976.Vol    42.№.9，P888-892）。由于机构的限制，间距量小变化量仍不能满足理论要求。而且所需设备精度高、数量多、系统复杂、刻划机制造十分困难。

为了克服上述缺点，寻求一种简单的方法并建立了装置。本发明的方法如图2所示：在机械工作台（8）上的平面变间距样板（11），相干光源（12）和分束器件（14）组成干涉仪。相干光源（12）发出的光经过分束器件（14）后，分出两束光分别照射在平面变间距样板（11）上，它们衍射回来的两束光经过分束器件（14）后发生干涉而产生明暗相间的干涉条纹，并被光电转换器（16）接收。当机械工作台（8）运动时干涉条纹明暗就发生变化。通过电子学记数系统记录光电转换器（16）接收的干涉条纹的明暗变化，并以此明暗变化数作为机械工作台（8）的分度基准信号，这就构成了实现变间距分度和刻划的基本条件。由于干涉条纹明暗变化的次数与机械工作台（8）移动过的距离及光斑照射到的平面变间距样板（11）上的刻线间距大小有关，因此通过记干涉条纹明暗变化的数就可控制机械工作台（8）的动与停或运动的快与慢，可使放置于工作台（8）上的待刻毛坯件（10）获得变间距分度。也就是记数系统依次记录了相等的干涉条纹数，并通过电子学和机械系统控制安装在刀架（9）上的刻刀（17）刻一条线后，机械工作台（8）及放置于机械工作台（8）上的待刻毛坯件（10）将依次同步的移动不同的距离，从而就实现了变间距刻划，其间距变化规律与平面变间距样板的刻线间距变化规律相关。

基于前述发明的“一种变间距刻划的方法”我们发明了一种变间距刻划的装置。该装置是在长春光机所机械刻划等间距光栅刻划机分度基础上（光学机械，1982，№3，P44-50）用平面变间距样板代替 平面等间距样板，用相干光源代替白光为光源以及分束器件组成干涉仪而构成变间距分度刻划装置。如图2所示：整个变间距刻划装置是由机械工作台（8），相干光源（12），分束器件（14）和置于机械工作台（8）上的平面变间距样板（11）以及光电转换器（16）、刀架（9）、装于刀架（9）上的刻刀（17）等组成。

置于机械工作台（8）上的平面变间距样板是由两块间距变化规律相同，刻线平行并列在一起的一对平面变间距样板组成。

分束器件（14）的分束面与平面变间距样板（11）的刻线表面垂直，平面变间距样板（11）的刻线面与机械工作台（8）的运动方向平行，刻线的方向与机械工作台（8）的运动方向垂直，同时要使相干光源（12）发出的光通过分束器件（14）后垂直照射在平面变间距样板（11）的刻线上。

该装置的工作原理是：相干光源（12）发出的光经分束器件（14）后分成两束照射到平面变间距样板（11）上，从平面变间距样板（11）上衍射回来的两束光经分束器件（14）后发生干涉而形成明暗相间的干涉条纹并被光电转换器（16）接收。当机械工作台（8）运动时，干涉条纹即发生明暗变化。电子学记数系统通过光电转换器（16）记录此干涉条纹变化数。每当记录系统记录了固定的干涉条纹的变化数后，装置则通过其电子学及机械系统控制刀架（9）和固定在刀架（9）上的刻刀（17）刻划一条刻线。这样控制刻划虽然两条刻线间记录的干涉条纹数是相同，但机械工作台（8）及置于机械工作台（8）上的待刻毛坯件（10）的位移量是不同的，也就是两条刻线间的间距是不同的，即实现了变间距刻划。

本发明的优点是用平面变间距样板为分度基准，在一般光电控制机械刻划机上不需要增加其它设备，整个系统简单、可靠、准确、且可实现符合要求的最小变化量及变化形式的分度。

附图说明：