一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统的制作方法
【专利摘要】本申请提供一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，包括主机座、工作台、平行设置的第一导轨和第二导轨、第一滑套、第二滑套、连接第一滑套和第二滑套的滑套连接架、测量反射镜、可拆卸地安装在所述滑套连接架上的n个刻划刀架装置，n为大于等于2的正整数。本申请仅采用两个导轨即可实现多个光栅刻划刀架同时对整个光栅基底进行刻划的目的，相对于现有技术中采用多个刻划系统各配置一个光栅刻刀来实现大面积光栅刻划，节省了导轨的使用量，使得资源利用率更高。另外，多个刻划刀架装置与滑套连接架之间为可拆卸连接，当需要调节刻划刀架装置时，仅需要调节滑套连接架上的刻划刀架装置的个数以及位置即可，其他装置无需进行调节。
【专利说明】
一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统
技术领域
[0001]本发明涉及机械刻划平面衍射光栅制作领域，尤其涉及一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统。
【背景技术】
[0002 ]机械刻划法是制作平面衍射光栅的主要方法之一。机械刻划法是采用光栅刻刀在光栅基底上刻划出一条条的光栅刻线从而实现光栅制作。
[0003]目前，传统的机械刻划法一般采用单个光栅刻刀来实现大面积光栅刻划，由于受单个光栅刻刀使用寿命、刀具磨损等限制，采用单个光栅刻刀得到的光栅精度较差;且仅采用单个光栅刻刀实现整个光栅的刻划，使得光栅刻划时间较长，刻划效率较低。
[0004]为提高大面积衍射光栅的制作效率以及制作精度，现有技术中提出了一种多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划系统，该系统采用多个刻划系统各配置一个光栅刻刀来实现大面积光栅刻划。但是，现有技术中提出的多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划系统具有浪费资源、安装调节较为繁琐的问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，以解决现有技术中多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划系统存在的浪费资源、安装调节较为繁琐的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，包括:
[0008]主机座；
[0009]设置在所述主机座表面的工作台，所述工作台背离所述主机座的表面用于放置待制作光栅的光栅基底；
[0010]设置在所述主机座表面的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨相互平行设置，且位于所述工作台的两侧；
[0011 ]沿所述第一导轨运动的第一滑套；
[0012]沿所述第二导轨运动的第二滑套；
[0013]连接所述第一滑套和所述第二滑套的滑套连接架，所述滑套连接架与所述工作台背离所述主机座的表面平行；
[0014]设置在所述工作台上的测量反射镜，所述测量反射镜位于所述工作台的一侧，且与所述第一导轨平行设置；
[0015]可拆卸地安装在所述滑套连接架上的η个刻划刀架装置，所述刻划刀架装置包括激光干涉计，η为大于等于2的正整数；
[0016]其中，η个刻划刀架装置中，靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离，大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离。
[0017]优选地，每个所述刻划刀架装置还包括刀架转接板、压电执行器、刻划刀架、光栅刻刀和参考反射镜；
[0018]所述光栅刻刀安装在所述刻划刀架的底部，用于刻划光栅基底，制作光栅；
[0019]所述刻划刀架通过所述刀架转接板与所述滑套连接架固定连接；
[0020]所述参考反射镜安装于所述刻划刀架上，并与所述测量反射镜相对设置；
[0021]所述激光干涉计固定安装于所述刀架转接板的底部，用于测量所述参考反射镜和所述测量反射镜的相对位移和相对转角，对所述光栅刻刀的实时位置和实时角度进行反馈；
[0022]所述压电执行器的一端与所述刀架转接板固定连接，另一端与所述刻划刀架固定连接，用于根据所述激光干涉计的反馈结果，对所述光栅刻刀进行调节。
[0023 ]优选地，所述激光干涉计为双轴激光干涉计。
[0024]优选地，所述滑套连接架上设置有螺纹孔阵列。
[0025]优选地，所述多个刻划刀架装置通过螺纹孔可拆卸地安装在所述滑套连接架上。
[0026]优选地，所述第一导轨和所述第二导轨均为气浮导轨，所述第一滑套和所述第二滑套均为气浮滑套。
[0027]优选地，所述基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统还包括气浮导轨底座，所述第一导轨和所述第二导轨均通过所述气浮导轨底座固定在所述主机座上。
[0028]经由上述的技术方案可知，本申请提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，包括主机座、工作台、第一导轨、第二导轨、第一滑套、第二滑套、滑套连接架、测量反射镜、多个刻划刀架装置;其中，第一导轨和第二导轨平行设置滑套连接架连接第一滑套和第二滑套，多个刻划刀架装置可拆卸地安装在所述滑套连接架上，且靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离，大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离。本申请提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统中，仅采用两个导轨即可实现多个光栅刻划刀架同时对整个光栅基底进行刻划的目的，相对于现有技术中采用多个刻划系统各配置一个光栅刻刀来实现大面积光栅刻划，节省了导轨的使用量，使得资源利用率更高。另外，多个刻划刀架装置与滑套连接架之间为可拆卸连接，当需要调节刻划刀架装置时，仅需要调节滑套连接架上的刻划刀架装置的个数以及位置即可，其他装置无需进行调节，简化了安装调节的工序。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1是本发明实施例提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统的侧视图；
[0031]图2是本发明实施例提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统俯视图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]发明人在实践中发现，多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划系统，仅仅是将现有技术中的多个单个光栅刻刀并行设置在一起，使多个光栅刻刀同时进行光栅刻划，从而实现多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划的目的。但这样的系统存在较多问题，如:由于多个单个光栅刻刀并行设置在一起，需要用几个光栅刻刀就需要用几个导轨及滑套，比较浪费资源;而且相邻光栅刻刀距离调整比较繁琐，需要对导轨进行重新安装调节。
[0034]本申请针对上述现有技术问题，提供一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，如图1和图2所示，其中，图1为本申请提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统的剖面图，图2为本申请提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统的俯视图，所述基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统包括:主机座900;设置在主机座900表面的工作台800，工作台800背离主机座900的表面用于放置待制作光栅的光栅基底700;设置在主机座900表面的第一导轨和第二导轨，第一导轨和第二导轨如图1和图2中的导轨200所示，所述第一导轨和所述第二导轨相互平行设置，且位于所述工作台的两侧;本实施例中所述第一导轨和所述第二导轨没有区别，两者结构完全一样，仅为了方便说明，而称作“第一”、“第二”，这是本领域技术人员容易想到的，在此不再进行赘述。
[0035]沿所述第一导轨运动的第一滑套;沿所述第二导轨运动的第二滑套；第一滑套和第二滑套如图1和图2中的导轨300所示，本实施例中不限定所述第一滑套和所述第二滑套的具体形式，可以是跨接在所述第一导轨和第二导轨上的滑动件，也可以是套接在所述第一导轨和第二导轨上的滑动件，本实施例对此不做限定，只要滑套300能够沿导轨200移动即可。
[0036]连接第一滑套和第二滑套的滑套连接架600，滑套连接架600与工作台800背离主机座900的表面平行。需要说明的是，本实施例例中滑套连接架600用于连接两个滑套，从而能够随滑套在导轨上的移动而移动;滑套连接架600还用于固定多个刻划刀架装置，从而实现光栅的制作；因此，滑套连接架600需要与图1中所示的工作台800的上表面平行，以便制作得到的光栅深度均匀、质量较高。
[0037]设置在工作台800上的测量反射镜400，测量反射镜400位于工作台800的一侧，且与第一导轨平行设置。本实施例中测量反射镜只有一块，且设置在承载光栅基底的工作台的端部，从而用于多个刻划刀架装置中激光干涉计计算各参考反射镜与测量反射镜之间的相对位置。
[0038]本实施例中，所述基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统还包括多个刻划刀架装置500，多个刻划刀架装置500可拆卸地安装在滑套连接架600上。每个刻划刀架装置500均包括激光干涉计506、刀架转接板505、压电执行器504、刻划刀架503、光栅刻刀502和参考反射镜501;光栅刻刀502安装在刻划刀架503的底部，用于刻划光栅基底700，制作形成光栅;刻划刀架503通过刀架转接板505与滑套连接架600固定连接;参考反射镜501安装于刻划刀架503上，并与测量反射镜400相对设置;激光干涉计506固定安装于刀架转接板505的底部，用于测量参考反射镜501和测量反射镜400的相对位移和相对转角，对光栅刻刀502的实时位置和实时角度进行反馈;压电执行器504的一端与刀架转接板505固定连接，另一端与刻划刀架503固定连接，用于根据激光干涉计506的反馈结果，对光栅刻刀502进行调
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[0039]本实施例中所述光栅刻刀依次通过所述刻划刀架、压电执行器和刀架转接板安装在滑套连接架上;测量反射镜与光栅基底均安装在工作台上，工作台安装在主机座上，所述光栅刻刀可通过滑套连接架沿着导轨的方向进行往复运动，从而实现光栅的制作。
[0040]本实施例中假设刻划刀架装置的个数为n，其中η多2，本申请中不限定刻划刀架装置的个数，只要其个数η大于I，即可相对于现有技术中采用单个光栅刻刀实现光栅制作的装置的效率提高η倍。当刻划刀架装置为多个时，优选地，任意相邻的两个所述刻划刀架装置之间的间距是相等的，其具体数值可以根据光栅的最大刻划面积进行设计，然后在所述滑套连接架上选取合适的位置进行相应的所述刻划刀架装置的安装。
[0041]本实施例中不限定所述刻划刀架装置与所述滑套连接架的可拆卸连接的具体方式，可以为螺纹连接、卡接等方式，本实施例中优选地，在所述滑套连接架上设置多个螺纹孔，形成螺纹孔阵列，以便于刻划刀架装置500的安装。
[0042]需要说明的是，在多个刻划刀架装置的安装过程中，靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离，如图1中所示，左侧的刻划刀架装置的激光干涉计506比右侧的刻划刀架装置的激光干涉计506的距离工作台的距离大。本实施例中在工作台的端部设置有且仅有一个测量反射镜400，而多个刻划刀架装置中的多个激光干涉计均需要测量自身参考反射镜和所述测量反射镜的相对位移和相对转角，对所述光栅刻刀的实时位置和实时角度进行反馈，因此，每个激光干涉计的测量光路均需要保持通畅，而不能被遮挡，基于此，靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离，且该距离能够使远离所述测量反射镜的刻划刀架装置正常工作。本实施例中的所述激光干涉计优选为双轴激光干涉计。
[0043]本实施例提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，包括主机座、工作台、第一导轨、第二导轨、第一滑套、第二滑套、滑套连接架、测量反射镜、多个刻划刀架装置;其中，第一导轨和第二导轨平行设置滑套连接架连接第一滑套和第二滑套，多个刻划刀架装置可拆卸地安装在所述滑套连接架上，且靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离。本申请提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统中，采用仅采用两个导轨即可实现多个光栅刻划刀架同时对整个光栅基底进行刻划的目的，相对于现有技术中采用多个刻划系统各配置一个光栅刻刀来实现大面积光栅刻划，节省了导轨的使用量，使得资源利用率更高。另外，多个刻划刀架装置与滑套连接架之间为可拆卸连接，当需要对刻划刀架进行调节时，仅需要调节滑套连接架上的刻划刀架装置的个数以及位置即可，其他装置无需进行调节。
[0044]另外，本申请中所述刻划刀架装置的个数以及相邻的刻划刀架装置之间的间距可以根据光栅刻划面积的进行设定，从而使得所述刻划刀架装置的安装更加灵活方便，可有效提高大面积光栅的刻划效率。
[0045]进一步地，本实施例中不限定所述导轨的具体形式，优选的，采用气浮导轨，即所述第一导轨和所述第二导轨均为气浮导轨，对应的，所述第一滑套和所述第二滑套均为气浮滑套。本申请的两个气浮导轨位于光栅基底承载工作台的两侧，两个气浮导轨与激光干涉计、所述参考反射镜和所述长条测量反射镜的距离较远，从而降低了所述气浮导轨的气体泄露对所述激光干涉计的测量精度的影响，进而有效提高了光栅刻划质量。
[0046]本申请实施例还提供一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，如图1和图2所示，所述基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统主要包括气浮导轨200、气浮滑套300、滑套连接架600、刻划刀架装置500、长条测量反射镜400。所述气浮导轨200和所述气浮滑套300均有两个，且所述的两个气浮滑套300之间通过所述滑套连接架600进行固定连接。本实施例中，还包括气浮导轨底座100，两个气浮导轨均通过所述气浮导轨底座100固定在所述主机座900上。本实施例中，气浮导轨底座100设置有4个，分别位于两个气浮导轨的两端，当然，在本申请的其他实施例中，还可以以其他方式进行设置，本实施例中对此不做限定。
[0047]本实施例中所述滑套连接架的长度大于承载光栅基底的工作台的长度(如图2中所示的左右方向)，使得两个气浮滑套横跨承载光栅基底的工作台；所述气浮导轨的长度大于承载光栅基底的工作台的宽度(如图2中所示的上下方向)，使得所述光栅基底承载工作台在光栅刻划过程中可以穿过所述气浮导轨和所述气浮滑套进行运动(如图2中所示的左右方向)。两个所述气浮滑套在外界驱动力的带动下可沿两个气浮导轨做往复运动。
[0048]所述基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统还包括多个刻划刀架装置500，多个刻划刀架装置500可拆卸地安装在滑套连接架600上。每个刻划刀架装置500均包括激光干涉计506、刀架转接板505、压电执行器504、刻划刀架503、光栅刻刀502和参考反射镜501;光栅刻刀502安装在刻划刀架503的底部，用于刻划光栅基底700，制作形成光栅;刻划刀架503通过刀架转接板505与滑套连接架600固定连接;参考反射镜501安装于刻划刀架503上，并与测量反射镜400相对设置;激光干涉计506固定安装于刀架转接板505的底部，用于测量参考反射镜501和测量反射镜400的相对位移和相对转角，对光栅刻刀502的实时位置和实时角度进行反馈;压电执行器504的一端与刀架转接板505固定连接，另一端与刻划刀架503固定连接，用于根据激光干涉计506的反馈结果，对光栅刻刀502进行调节。
[0049]两个双轴激光干涉计在高度(图1中所示上下方向)上相互错开，从而确保两个双轴激光干涉计的测量光路之间无遮挡。所述双轴激光干涉计可主要由美国keysight公司的型号为10721A-COI的干涉计产品来实现。
[0050]本实施例中，所述滑套连接架上有用于安装所述刻划刀架的螺纹孔阵列，所述滑套连接架下面安装有2套所述刻划刀架装置，任意相邻的两个所述刻划刀架装置之间的间距是相等的，其具体数值可以根据光栅的最大刻划面积进行设计，然后在所述滑套连接架上选取合适的螺纹孔进行相应的刻划刀架装置的安装。
[0051]本申请实施例提供的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，设置了两个气浮导轨，两个气浮导轨位于承载光栅基底的工作台的两侧，通过滑套连接架连接两个气浮导轨上的气浮滑套，相对于现有技术中的多套光栅刻划系统而言，本申请只采用两个气浮导轨，节省了较多的导轨设置，从而节约了资源；另外，所述滑套连接架上设置有螺纹阵列，使得所述刻划刀架装置的安装更加灵活方便，所述刻划刀架的个数以及相邻的所述刻划刀架之间的间距可以根据光栅刻划面积的进行设定，从而可有效提高大面积光栅的刻划效率;进一步地，由于两个气浮导轨与双轴激光干涉计、参考反射镜和长条测量反射镜的距离较远，从而降低了气浮导轨的气体泄露对双轴激光干涉计的测量精度的影响，进而有效提高了光栅刻划质量。
[0052]在本申请的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0053]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0054]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，包括: 主机座； 设置在所述主机座表面的工作台，所述工作台背离所述主机座的表面用于放置待制作光栅的光栅基底； 设置在所述主机座表面的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨相互平行设置，且位于所述工作台的两侧； 沿所述第一导轨运动的第一滑套； 沿所述第二导轨运动的第二滑套； 连接所述第一滑套和所述第二滑套的滑套连接架，所述滑套连接架与所述工作台背离所述主机座的表面平行； 设置在所述工作台上的测量反射镜，所述测量反射镜位于所述工作台的一侧，且与所述第一导轨平行设置； 可拆卸地安装在所述滑套连接架上的η个刻划刀架装置，所述刻划刀架装置包括激光干涉计，η为大于等于2的正整数； 其中，η个刻划刀架装置中，靠近所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离，大于远离所述测量反射镜的刻划刀架装置的激光干涉计与所述工作台之间的距离。2.根据权利要求1所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，每个所述刻划刀架装置还包括刀架转接板、压电执行器、刻划刀架、光栅刻刀和参考反射镜； 所述光栅刻刀安装在所述刻划刀架的底部，用于刻划光栅基底，制作光栅； 所述刻划刀架通过所述刀架转接板与所述滑套连接架固定连接； 所述参考反射镜安装于所述刻划刀架上，并与所述测量反射镜相对设置； 所述激光干涉计固定安装于所述刀架转接板的底部，用于测量所述参考反射镜和所述测量反射镜的相对位移和相对转角，对所述光栅刻刀的实时位置和实时角度进行反馈； 所述压电执行器的一端与所述刀架转接板固定连接，另一端与所述刻划刀架固定连接，用于根据所述激光干涉计的反馈结果，对所述光栅刻刀进行调节。3.根据权利要求2所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，所述激光干涉计为双轴激光干涉计。4.根据权利要求1所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，所述滑套连接架上设置有螺纹孔阵列。5.根据权利要求4所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，所述多个刻划刀架装置通过螺纹孔可拆卸地安装在所述滑套连接架上。6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，所述第一导轨和所述第二导轨均为气浮导轨，所述第一滑套和所述第二滑套均为气浮滑套。7.根据权利要求6所述的基于双导轨的多光栅刻刀式光栅刻划刀架系统，其特征在于，还包括气浮导轨底座，所述第一导轨和所述第二导轨均通过所述气浮导轨底座固定在所述主机座上。
【文档编号】G02B5/18GK106019442SQ201610647212
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月9日
【发明人】唐玉国, 李晓天, 马振予, 于海利, 齐向东, 吉日嘎兰图, 于宏柱, 张善文, 巴音贺希格
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所