基本介紹
- 中文名：圓光柵
- 外文名：circular grating
- 類別：光學術語
- 定義：載體為圓形的光柵
- 分類：徑向光柵和切向光柵
- 作用：計量轉動的角位移量，多用透射式
圓光柵的結構,圓光柵的莫爾條紋,圓光柵的刻劃和複製,刻劃,複製,圓光柵的套用,靶場觀測儀器中的編碼器,圓刻劃機、檢驗儀的角度基準器,計量室中的圓分度頭,在工具機上的套用,
圓光柵的結構
刻畫在玻璃盤上的光柵稱為圓光柵，也稱為光柵盤，用來測量角度或角位移。根據柵線刻畫的方向圓光柵可分為兩種：一種是徑向光柵．其柵線的延長線全部通過光柵盤的圓心；另一種是切向光柵，其全部柵線與一個和光柵盤同心的直徑只有零點幾毫米或幾毫米的小圓相切。
圓光柵的莫爾條紋
我們把兩塊角柵距相接近的圓光柵面對面疊在一起時，在光線的照明下，能看到按一定規律分布的明暗相間的條紋，這種條紋稱為圓光柵的莫爾條紋。
圓光柵的莫爾條紋
圓光柵的莫爾條紋近年來，利用圓光柵產生莫爾條紋的這一特性成功地研製了高精度和高解析度的圓分度設備。
由於從圓光柵中能取得近似正弦的莫爾條紋光電信號，因而通過電子學方法可以把位移量轉換成數字信息量、模擬信息量、數字和模擬相結合的信息量，這就給自動測量和控制角位移提供了條件。已經成功地把圓光柵用在測量滾齒機的傳動鏈精度、自動 校準滾齒機的傳動誤差、動態測量齒輪誤差、控制圓分度機、測量光學玻璃的折射率、測量角速度 以及自動測量和控制角位移的設備上。
圓光柵是一種在玻璃圓盤表面的一個圓環形區域上刻有大量均勻分布的、透明和不透明相間的圓分度元件，由於其刻線呈輻射狀的，又稱輻射光柵。
圓光柵的刻劃和複製
刻劃
我們刻劃圓光柵一直採用接觸複印法。所謂接觸複印法，就是圓光柵的刻線，不是通過光學成象鏡頭縮微光刻所得，而是由模板與塗有感光膠膜的工件直接接觸曝光潛影顯象所得。這樣刻制的圓光柵線紋質量好、效率高，同時也能提高製造圓光柵的精度。接觸複印法製造圓光柵是在圓刻度機上進行的，圓光柵刻劃機 是由圓刻度機改裝而成。取掉圓刻度機原來的刻劃刀架，在其刀橋上安裝一個光刻刀架。光刻刀架由光源(脈衝氛燈) 、柱面鏡和裝有單線或扇形模板抬落的“小船”組成。
接觸複印法製造圓光柵，大體分為兩步：
1 ) 扇形模板的製備 在鍍有鋁膜的薄平板玻璃（一 般採用光譜乾板）上，用鑽石刀、寶石刀或者金屬刀刻劃出一條殼線，稱為單線。它的寬度取決於圓光柵的刻線寬、周期和圓刻機的最小分度。
圓光柵的刻線呈扇形，而不是一個矩形。 所以，一般線寬在0。01毫米左右時，單線取光柵線寬的一半。為了保證光柵刻線的扇形性和易於刻出理想的單線，當光柵刻線較寬時，單線就更細些。
將選用 的單線裝於光刻刀架的“ 小船 ” 上，按要求調整好直徑、偏心和水平，並調好圓刻度機的進給量場進光刻扇形。扇形的寬窄視圓光柵刻線的中徑而定，一般60進制的小光柵盤的扇形寬度選為1°，大光柵盤的扇形寬度選為1°/ 2，即用這樣的扇形模板刻制整個光柵盤時，圓刻度機只需進給、曝光360次或720次。 也就是在光照均勻的前提下，儘量把扇形做得大些，以便刻制光柵盤時時間短，這樣才能既效率高又保證刻劃精度。光刻出的扇形刻線是黑線亮背景，不能做為模板使用，必須將其複製成刻線四周不透光的扇形模板。扇形模板用蟲膠或者 光刻膠複製，複製得到的鉻扇形模板在多次接觸光刻光柵盤時比較耐磨損，經得起使用。
2) 圓光柵盤的刻制 將經過檢驗合格的扇形模板裝在光刻刀架的“ 小船 ” 上，調整好偏心、水平，使圓刻度機的每次進給轉角正好等於扇形模板所包含的角度，進 行試刻。當試刻出的圓光柵在每一個扇形模板相接處的刻線寬與其他處 一樣時，即是扇形模板的直徑已調好。而後通過直觀法把試刻得到的兩段圓光柵迭加，將莫爾條紋調整到合適的寬度。看其是否突變。 若條紋均勻，反差強，光滑無突起則為調整好了。
將塗有火棉膠感光膜的圓光柵工件置於圓刻度機的工作檯上，調整工件對圓刻度機旋轉中心的偏心和水平，開啟閃光燈電源，待閃光和工件穩定一段時間後，就可進行接觸複印光刻圓光柵。
經過曝光複印的工件。需潛象處理 ( 即顯影 、 定影 ) 才能得 到所要求圖象的圓光柵，若發現線紋不夠黑或黑 白比沒有達到要求時，還可 以進行第二次顯影 (一般稱為加厚) 。刻制在超微粒乾板或火棉膠層上的圓光柵，因是 有底層的 ，其牢固度較差，經不起摩擦，並且均勻性也差。為 了克服這些弱點，我們 從 75年開始進行用紫外光 曝光光刻膠來製造光柵 。經過幾 年來 的實踐，已將先膠後鉻的工藝改為先鉻後膠，也將光刻系統逐步完善為接近式的光刻頭。
複製
圓光柵複製一般有蟲膠鍍鉻和光刻膠曝光複製兩種。
l ) 蟲膠複製
蟲膠複製的工藝流程是：
毛坯清潔處理、塗膠、 曝光、顯影、鍍鉻
2 ) 光刻膠複製
光刻膠複製的工藝流程是：
鍍鉻、塗膠、預烘` 曝光、顯影、 堅膜、腐蝕、清潔處理
採用光刻膠複製圓光柵、有接觸式和接近式兩種 。
圓光柵的套用
靶場觀測儀器中的編碼器
用 圓光柵做成的編碼器，能夠確定坐標的角度位置， 因此被用在光電經緯儀、 雷達和高炮指揮儀上。例如雷達系統，雷達的工作主要是其天線自動跟蹤目標。在測距雷達中，雖然可以測得目標距雷達的距離，但不能對目標進行空間定位。如果在雷達天線的兩個軸 (方位軸和水平軸)上各加一個編碼器，那么雷達天線跟蹤目標時，就可由編碼器將此目標的空間角位置以數碼的形式顯示出來，並可達到實時輸 出的目的。
圓刻劃機、檢驗儀的角度基準器
以圓光柵做成的光柵基準器，是高精度的角度基準，被用在圓刻劃機、檢驗儀從而使圓分度 的精度提高了一大步，實現 了自控和數顯。
計量室中的圓分度頭
在測 角儀、圓轉台齒輪測試 及傳動測試儀上使用圓光柵，已經是屢見不鮮的 了。 它 使這 些儀器不但具有高解析度 、 高精度，而且還能實現數顯，這就使計量儀 器跨進到新的 一代 。 計量的數位化是與 圓光柵的套用分不開的。
在工具機上的套用
將圓光柵安裝在螺紋車床的主軸上，可作車刀切入的指令，已成為為同步脈衝發生器。
