CS270989B1 - Lattice measuring device - Google Patents

Description

Vynález se týká mřížkového odměřovacího zařízení, sestávajícího z koherentního osvětlovače, zkřížené optické difrakční mřížky a z interferometrického detektoru. Vynález řeší problém přesného odměřování polohy ve dvou souřadnicích a týká se oboru přesného délkového měření.

Dosud známá mřížkové odměřovací zařízení obsahují interferometrický detektor, složený z diskrétních součástek, zejména zrcátek, polopropustných destiček a detektorů optického záření, které jsou vestavěny do nosného skeletu, ve kterém mohou být v jistých mezích nastaveny do nejvýhodnější polohy. Možnost následného přesného nastavení je potřebná z toho důvodu, že složitá prostorová struktura interferometrického detektoru nedovoluje vyrobit skelet s náležitou přesností. Koherentní osvětlovač je obvykle tvořen plynovým laserem. Dosavadní interferometrický detektor je složen ze dvou totožných interferometrických jednotek s rozložením součástek tak, že jejich středy leží v rovině symetrie, přičemž obě roviny jsou orientovány navzájem kolmo. Každá jednotka se skládá ze dvou zrcátek, polopropustné destičky a detektoru záření. Funkci každé z obou jednotek lze popsat následně.

Na odměřovací mřížku se soustavou zkřížených vrypů dopadá úzký světelný svazek z koherentního osvětlovače. Na mřížkové soustavě svazek difraktuje do dvakrát dvou difrakční ch řádů, z nichž každá dvojice postupuje podél jedné z rovin symetrie. Každý svazek z dvojice se na příslušném zrcátku odráží tak, aby dopadal na stejné místo polopropustné destičky, která jeden svazek propustí a druhý odrazí. Polopropustné destička je natočena tak, aby se oba zvazky dostaly do jednoho kanálu, ve kterém potom dopadají na detektor záření. Při posouvání mřížkou v její rovině ve směru rovnoběžném s rovinou interferometrické jednotky vznikají interferencí mezi oběma svazky, interferenční maxima a minima v závislosti na poloze mřížky, přičemž pro elektrickou odezvu platí vztah I cos²(27Íχ/Λ ), kde A je perioda mřížky a x je odměřovaná vzdálenost, protože mřížka má zkřížené vrypy, lze odměřovat vzdálenosti v obou kolmých směrech.

Nevýhodou tohoto řeěení je předevěím složitá prostorová struktura interferometrického detektoru, vyžadující při výrobě celou řadu rozličných úkonů, materiálů a mechanických a optických součástek. Výroba je dále silnou měrou závislá na odbornosti a zručnosti řemeslníků a pracovníků zajištujících nastavení celého zařízení. Z těchto důvodů je velmi obtížná nebo zcela vyloučená automatizace výroby, nebo dokonce jen snaha po zjednodušení výroby na základě stávající technologie.

Tyto nevýhody odstraňuje mřížkové odměřovací zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že interferometrický detektor je vytvořen v plenárním optickém provedení tak, že na podkladní destičce je upravena planární vlnovodná vrstva se Čtyřmi vazebními mřížkami uspořádanými v rozích myšleného čtyřúhelníka. Dále jsou na vrstvě uvnitř nebo vně myšleného čtyřúhelníka upraveny dva planární mřížkové děliče а к vyleštěné boční stěně destičky jsou přiloženy dva detektory optického záření. Materiálem podkladní destičky může být také polovodič a detektory potom mohou být upraveny jako planární elementy přímo na destičce. Kromě toho může být koherentní zdroj záření přiložen к boční stěně destičky a na vlnovodné vrstvě upraven planární mřížkový kolimátor a vazební mřížkový element.

Výhoda zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že při výrobě je podstatně omezeno spektrum technologických úkonů a materiálů a sjednoceny optické součástky na bázi plenárních difrakčních struktur.

CS 270 989 Bl

Kromě toho je zařízení plně integrováno v plenárním vidu a umožňuje náležitý etupeň automatizace výroby bez potřeby nastavování konečného provedení.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu» který představuje schematický náčrtek zařízení.

Na podkladní destičce χ je upravena plenární vlnovodná vrstva 2. se čtyřmi vazebními mřížkami 41« 42« 43« 44 uspořádanými v rozích myšleného čtverce 10_Λ Uvnitř myšleného čtverce 10 jsou upraveny dva planární mřížkové děliče 51« 52 а к vyleštěné boční stěnš planární vlnovodné vrstvy 2. jsou přiloženy dva detektory 61< 62 optického záření. Na planární vlnovodné vrstvě 2. uvnitř myšleného Čtverce 10 je upravena vyvažovači vazební mřížka 8 а к vyleštěné boční stěně planární vlnovodné vrstvy £ je připevněn polovodičový zdroj £ koherentního světla. Mezi polovodičovým zdrojem £ koherentního světla a vyvažovači vazební mřížkou 8 je upraven planární mřížkový kolimační element £. Nad podkladní destičkou χ je upravena zkřížená optická difrakční mřížka £.

Funkce zařízení podle vynálezu je tato. Světlo vyzařované polovodičovým zdrojem £ koherentního světla se naváže do planární vlnovodné vrstvy £ a šíří se v ní jako vlnovodný vid· V příčném směru se rozbíhavý světelný svazek kolimuje mřížkovým elementem £» takže га ním se Síří jako svazek 15 rovnoběžných paprsků. Tento svazek 15 rovnoběžných paprsků se vyvažuje do volného prostoru vazební mřížkou 8 a dopadá kolmo na plochu zkřížené optické difrakční mřížky £. Na této zkřížené optické difrakční mřížce 2 svazek 15 difraktuje a vytvoří po dvou svazcích 11 < 12 plus prvního řádu a po dvou svazcích 13« 14 minus prvního řádu. Dvojice svazků 11« 13 a 12« 14 plus a minus prvního řádu leží každá v rovině kolmé ke zkřížené optické difrakční mřížce £» přičemž obě roviny jsou také navzájem kolmé. Difraktované svazky 11« 13 а 12« 14 se vazebními mřížkami 41« 42 · 43« 44 navazují do planární vlnovodné vrstvy £ tak» aby se šířily směrek к plenárním mřížkovým děličům 51« 52« kde se ve dvojicích spojí do jednoho směru a dopadají na detektory 61< 62» které přijímají signál vzniklý interferencí mezi dvojicemi svazků 11« 13 a 12 < 11·

Zařízení podle vynálezu je možno s výhodou využít pro odměřování poloh stolků» například projekčních krokových kamer nebo elektronových litografických přístrojů mikroelektronické maskovací techniky» dále držáků obráběcích a jiných nástrojů v přesné strojírenské technice a podobně.

Claims (6)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Mřížkové odměřovací zařízení, sestávající z koherentního osvětlovače, zkřížené optické difrakční mřížky a z interferometrického detektoru, vyznačující se tím, že interferometrický detektor je vytvořen v plenárním optickém provedení tak, že na podkladní destičce (1) je upravena plenární vlnovodná vrstva (2) se čtyřmi vazebními mřížkami (41, 42, 43, 44) uspořádanými v rozích myšleného čtyřúhelníka (10) symetrického alespoň podle jedné osy symetrie a dále jsou na plenární vlnovodné vrstvě (2) upraveny dva plenární mřížkové děliče (51, 52) а к vyleštěné boční stěně plenární vlnovodné vrstvy (2) jsou připevněny dva detektory (61, 62) optického záření·

2. Mřížkové odměřovací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že planární mřížkové děliče (51, 52) jsou upraveny uvnitř myěleného čtyřúhelníka (10).

3. Mřížkové odměřovací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že plenární mřížkové děliče (51, 52) jsou upraveny vně myšleného čtyřúhelníka (10).

4· Mřížkové odměřovací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že detektory (61, 62) optického záření jsou upraveny jako elementy planární optiky přímo na vlnovodné vrstvě (2),

5. Mřížkové odměřovací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že к vyleStěné boční stěně planární vlnovodné vrstvy (2) je připevněn polovodičový zdroj (7) koherentního světla a v průsečíku spojnic protilehlých vazebních mřížek (41, 43; 42, 44) je na vlnovodné vrstvě (2) upravena vyvažovači vazební mřížka (8).

6. Mřížkové odměřovací zařízení podle bodu 5, vyznačující se tím, že mezi polovodičovým zdrojem (7) koherentního světla a vyvažovači vazební mřížkou (8) je na planární vlnovodné vrstvě (2) upraven planární mřížkový kolimační element (9).