Устройство для определения границ интерференционных полос

 

УСРРСЙ СТВр для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ ЙНТЕРФ РЕНЦШННЫХ ПОЛСС, СОдержаиее последовательно расположенные щелевую диафрашу, двуплечий интерферометр с противофазной настройкой , ограничительную диафрагму и фотоприемнико о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены расположенные между щелевой диафрагмой и интёрферометром пентапризма, одн& из отражающих граней которой полупроэ: рачна, а входная грань параллельна щелевой диафрагме, и два оптичецкй связанных плоских зеркала,одно из которых расположено непосредственно за выходной гранью пентаприз « под 45® к ней,а другое „параллельно полупрозрачной грани пентапризки, при этом оптические оси плеч интерферометра смешены одна относительно Другой на величину, не превышающую третьей части размера щелевойдиафрагмы , а размер ограничительной Диафрагмы не превьшает двух «Л третьих размера щелевой .диафрагмы. --J « 00

СООЭ COBETCHHX

NVpejjй .РЕСПУБЛИК

Д М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ.СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3(5Р 6 01 Я 21/45 (21) 3357447/18 25 (22) 21.09.81 (46) .15,05.83» Бюл. В 18 .(72) Е:,X,Чехович и ID.Ã.Sóðoâ (71) Институт электроники AH

Белорусской ССР (53) 535. 8 (-088. 8) ., (56) 1. Авторское Свидетельство СССР

В 708145, G 01 И 25/00, 1978..

2. Авторское свидетельство СССР

9. 807165, кл. О 01 N 21/45» 1978 (прототип) (54)(57).уСИЮИСТВО для рПрЕдрдЕНця

ГРАНИЦ КННТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛСС, содержащее последовательно расположенные щелевую диаФрагму, двуплечий интерферометр с противогазной наст» ройкой, ограничительную диафраг му .и фото риемнико о т л и ч а.ю щ е„.SU„„1017980 А.е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены расположен- . ные между мелевой диафрагмой я интерферометром цеитапризма, одна из отражающих граней которой полупроз; рачна, а входная грань параллельна щелевой диафрагме, и два оптическя связанных плоских зеркала,,одно яз которых расположено непосредственно за выходной гранью пентапризъм под углом 45 к ней,а другое, параЛлельо но полупрозрачной грани пентапризмю

f при этом оптические оси плеч интерферометра смещены одна.относительно другой на величийу, не превышающую третьей части размера щелевойдиафрагмы, а размер ограничительной диафрагмы не превьааает двух третьих размера щелевой. диафрагмы.

Изобретение отнОсится к техничеон кой физике и может быть использовано для определения границ раздела свет-, лого и темногб полей элементов иэображений.

Известно устройство для определения границ полосы, содержащее.дифференциальную диафрагму, систему совмещения световых потоков, состоящую иэ отклоняющего и полупрозрачного зеркал, фотоприемник(1)..

Однако в этом устройстве на точность определения границ. интерференционных полос влияет относитель ный сдвиг щелей диафрагмы в направлении сканирования и размытость границ раздела светлого и темного по.лей иэображения. Кроме этого, устройство не позволяет регистрировать границы интерференционных полос., - имеющих малые размеры в направлении сканирования.

Наиболее близким к изобретению является интерференционное устройст-. .во, содержащее последовательно расположенные щелевую диафрагму, дву плечий интерферометр с противофазной настройкой,.ограничительную диафрагму и фотоприемник (2$

Однако точность определения.границ полос этим устройством ограничена и определяется длительностью. фронтов треугольного светового импульса (вершина которого соответютвует прохождению границы полосы осевой линии щелевой диафрагмы),зависящей от ширины щелевой диафраг» мы вдоль направления сканирования и равной ее половине.

Целью изобретения является повы- . шение точности определения границ элементов изображенHQ °

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно расположенные щелевую диафрагму, .двуплечий интерферометр с противофазной настройкой, огра« ничительную диафрагму и фотоприемник, введены расположенные между щелеьой диафрагмой и интерферометром пентапризма,одна нэ отраженных граней которой полупрозрачна, а входная грань параллельна щелевой диафрагме,. и два оптически связанных плоских зеркала, одно из которых расположено непосредственно за выходной гранью, пентапризмы под углом 45 к ней, а другое — параллельно полупрозрачной грани пентапризмы, при этом оптические оси плеч интерферометра сме« щены одна. относительно другой на -. величину, не превышающую третьей части размера щелевой диафрагмы, а размер ограничительной диафрагмы не превышает двух третьих размера щелевой диафрагмы. . На фиг. 1 приведена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диафрагма изменения ре= эультирующего светового потока в зависимости от положения границы . сканируемого элемента иэображения относительно щелевой диафрагмы.

5 Устройство содержит щелевую,диаф-. рагму 1, пентапризму 2 с одной полупрозрачной отражающей гранью, плоские зеркала 3 и 4, двуплечий интерферометр 5, состоящий из светодели1О теля б, плоских зеркал 7 и 8 и полупрозрачного зеркала 9, ограничительную диафрагму 10 и фртоприемниК

11

Диафрагма 1 расположена. в плосд5 кости сканируемого изображения.,образованного сколлимированным когерентным монохроматическим световым потоком. За диафрагмой 1 расположена пентаприэма 2 с одной полупрозрачной отражающей. гранью таким образом, что ее вхоДная грань перпендикулярна световому потоку, прошедшему через диафрагму. Плоское. зеркало

3 расположено под углом 45О к. выходной грайи пентапризмы 2, а зеркало 4 — параллельно ее полупрозрачной грани. Светоделитель б ин,терферометра 5 расположен на пути . светового потока, нр че. рез полупрозрачную.отражающую грань пентапризмы 2, под.углом 45О

:Г лоские зеркала 7 и 8 установлены параллельно. светоделителю 6 на пути прошедших через светоделитель и отразившихся от него световых по35 токов. этими зеркалами потоки совмещаются аа полупрозрачном зеркале

9, причем разность их хода равна нечетному чйслу полуволн используемого когерентного монохроматическо4О го света.. Оптические оси плеч интерферометра 5 смещены одна относительно другой на величину Х путем линейного перемещения на такое же расстояние зеркала 7 вдоль оптичес45 KQA ocH соответствующего плеча вследствие чего совмещаемые на полупрозрачном зеркале 9 световые -потоки, формирующие результирующий .световой поток, распространяются по.одному и тому же направлени:о и имеют сечения, смещенные друг относительно друга на величину.дХ. Ограничительная диафрагма 10 установлена эа интерферометром 5 на пути результирующе.

ro светового потока, причем макси- . мальная. ее ширина 2 меньше ширины мс кс

Б щелевой диафрагмы 1 (в .направлении сканирования) на величйну Х линейноfо смещения сечений световых потоков,,совмещаемых полупрозрачйым зеркалом бО 9.. Фотоприемник 11 расположен за ограничительной диафрагмой 10.

Устройство работает следующим образом, При перемещении вдоль оси" Х границы элемента изображения относитель1017980 но шелевой диафрагмы 1 за ней фор- совмешаются и попарн6 интегрируют мируется световой поток, по сечению между собой иэображения элемента, которого перемешается изображение сформированные световыми потоками г аницы,светлого и темного палей. A и A,. В и В . Из-за противогазной

Этот световой поток попадает в.пен- настройки интерферометра 5 .интенсивтапризму 2.и ее полупрозрачной отра- ность тех участков сечения р У

5 жающей гранью делится на .два пучка, руюшего светового потока, где попаРодин иэ которых распространяется за на перекрываются изображения, сфорпентапризмой, а другой, претерпевая мированные потоками A u еше одно отражение на второй грани (осушествляется двухлучевая интеРпентаприэмы 2, направляется перпен- 10 ференция), равна кулю. Поэтому иа дикулярно первов у участке перемешения Х„.-Х2 р

Зеркалами 3-и 4 этот пучок на- . сканируемого элемента. изображения правляется на полупрозрачную отра- величина результируюшего светового .жающую грань пентапризмы 2, где он потока остается постоянной. Полажес ешается с первым. пучком про-. 15 ние точки Х2 на оси х определяется овм шедшим через эту грань призмы. Та- - моментом встречи на полупроэра. кнм образом, за призмой 2 формиру- зеркале 9 изображеиий, сформированетея световой поток, в сечении ко- ных световыми потоками A и В. торого о наблюдается встречное движение Перемешение границы элемента ат и Х совпадающей:. гран ницы.светлого и темного полей ъ точки Х2 До точкн Хз,с агмы 1 и исканируемого щелевой.диафрагмой 1, с осевой линией диафрагмы, Р— и зображения. Попадая в интерферометр водит к появлению учас ка сечения ка

5 . поток амплитудно делится на результирующего световово поток этот е собой два потока, совмещаемых в противофазе на котором интерферируют ме>АХУ саба линейным смешением их сечений на лучи д и B Величина этого участ.:величину аХ на полупрозрачном зеркале ка изменяется при этом от нуля д

9 .аХ и;так как интенсивность резуль-, У

Таким образом, в. общем случае на тируюшего светового. потока на этом полупрозрачном зеркале 9 совмещаются участке равна нулю из-за разности .и интерферируют между собой четыре хода интерферируюших лучей, равной . 30 и ьэ ек огерентиых монохроматических све- . нечетному числу полуволн нс ол у ветовой товых пучка. Результирующий световой мого света, результируюший светова поток, получаемый .йри этом, через поток,. попадаюший нафотоприемник 11, ограничительную-диафрагму попадает . линейно изменяется от максимального ,на фотоприемник 11.,-.осуществляющий значения до нуля. Так-как на полуЗз п оз ачном зеркале 9 происходит .вст ечное движение иэображений граего фатоэлектрическое преобразование. Зз прозрачном з р р

Реэультйрувшим световым потоком за встречное движени эо р гр— огранйЧитедьной диафрагмой является, ницы ко р ру ни конт олируемого элемента, излоток сеченйе: которого принадлежит. менению в личины у - p величины частка интерфепотак с к ен ии л чей A è В от нуля до дХ одйовременно четырем световым пучкам, Ренции луче

4О соответствует линейное перемещение е о формирующим

Рассмотрим различные этапы .пе- границы элемента тн

Ремешения,вдоль аси х границы. Раздела светлого и темного полей изобра- резка Х2-Х равна д Х . инима жения относительна шелевой .диафрагмы го значения результирующий световой поток достигает в тот моменТ, ког.

1 и"величину:результируюшего свето- 4 вой поток дости на по и оз чном зеркале 9 встре.ваго.потока, попадающего при этом да на полупрозра р. на фотоприемник: 11; .тятся изображения границы элемени и перемешенкй границы раздела . та, сформированные лучами A и В .

Р тельно диафрагмы 1 от Х до Х привавдаль„дйафрагмы 1 на полупрозрач-. перемещен гр цы ном "зеркале 9 наблюдается встречное дит к появлению участков сечения движение двух йар- изображений этой лучевой гРаницы :сдвинУты" ДРУ относит "ьно б „ лУе фе результируюшего потока. с трехлучево, интерференцией. Между со о ин р дРуга на 6X S.каждай паре, да Ее Пад-. хода в точке.. ...сдвинутой относитель- рируют световые лучи . нам участке сечения реэульт я еэультируюшего

Ц у Реэультируюший све-. и товой поток, поступающий на фотопри- потока и A,В емник увеличивается по линейному за- ке.суммарна езультир мма ная величина результир светового потока линейно увеличиваеткану (фиг. 2), так как от нуля до

2 6Х величивается величина участков ся от нуля до у при до о максимума при до ега сечения, с которых на фотоприем- нии границе з уве и ей элемента точки Х иэ-.эа ин60 те Фе енции трех -лучей, причем фронт ник 11 попадают световые лучи A :и

Х/2 И симальное его нарастания равендХ, . акс

Дальнейшее движение границы отна- . значение свето е светового потока на фотопрйе 11 соответствует моменту встре.сительно сканирующей диафрагмы 1 при- емнике водит к тому что на полупрозрачном чи на по у р р л п оз ачном зеркале изоt ий с о мированных лучами. и зеркале 9 появляются участки, где 65 браженийг v р р

1017980

При дальнейшем перемещении границы относительно диафрагмы 1 до точки Х результирующий поток остается постоянным, так как на центральном участке его сечения наблюдается четырехлучева . интерференция и интенсивность светового потока во всех точках этого участка станет равной нулю. Величина участка с четырехлучевой интерференцией увеличивается (при постоянном значении величины 10 участков с трехлучевой интерференцией) до момента выхода иэображенк9 границы элемента, сформирован-. ных лучами A и В, за пределы огра1 йичительной диафрагмы 10. Перемеще- 15 ние границы элемента относительно диафрагмы 1 за точку Х (привсдит к увеличению величины участка сечения результирующего потока с четырехлучевой интерференцией за счет 20 такого же уменьшения участков с трухлучевой интерференцией, поэтому результирующий поток, попадающий на фотоприемник, линейно уменьшается и достигает нуля.в момент выхода границы элемента за пределы сканирующей диафрагмы 1 (точка Хд). В этот момент за пределы сечений реэулътиру ющего потока, ограниченного диафрагм мой 10, выходят изображения границы элемента, сформированные лучами A u

В .Величина отрезка Х -Х(, равна:ЬХ..

Таким образом,. световой поток,"." попадающий на фотоприемник,изменяется по сложному закону при сканиро,вании границы контролируемогс,. эле 35 мента изображения щелевбй диафрагмой

1, причем его изменение при прохождении границы вблизи осевой линии диафрагмы имеет треугольный вид. Минимальное значение потока .соответствует 40 сканированию границы элемента осевой линией диафрагмы. Вершина треуголь»

1 ного электрического импульса с фотоприемника ll может быть определена

;любым известным способом. 45

Максимальное смещение аХ а„сопти-: . ческих осей плеч интерферомента" 5 одна относительно другой не должно превышать третьей части размера S щелевой „цнафрагмы l,т.е. 6Х ахс S/3, так как в этом случае изменение результирующего светового потока происходит таким образом, что максимальное его значение при увеличе- "55 нии от нуля до максимума (Х -Х ) сово падает с максимальным значением при его уменьшении от максимума до нуля (Х2 -Х ). При этом участки Х„-Хри

Х -Х равны нулю. Тогда правомерна за-, 1 макс 5 пись . + < — откуда макс 2 2

C —, 5 макс 3

В то же время

= макс+ "мс кс макс+ з

Сд едов атель но, I макс Т5 > т - е размер ограничительной. диафрагмы

10 не должен превыша ь двух третьих размера щелевой диафрагмы 1.

В предложенном устройстве длительность фронта нарастания H спа" да треугольного электрического импульса равна половине величины ЬХ смещения оптических осей плрч интерферометра.

Величину этого смещения можно выбирать в указанных ранее пределах.

Поэтому и длительность фронта результирующего сигнала можно сделать значительно короче длительности фронта результирующего сигнала, получаемого при помощи известного устройства, так как в нем длительность фронта равна половине ширины сканирующей мелевой цйафрагмы. Вследствие этого крутизна получаемых на предложенном устройстве импульсов больше крутизны треугольных сигналов на выходе из» вестного устройства. В связи с этим импульсные помехи и шумы также оказывают меньшее влияние на выделение вершины треугольного импульса..

Таким образом, введение новых элементов и их связей позволяет повы-. сить точность определения границ элементов изображения в 2,5 раза по сравнению с известными устройствами.

Предложенное устройство может найти широкое применение при контроле топологии таких плоскопараллельных объектов, как аэрофотоснимки, s устройствах обработки графической информации. В частности, его использование на предприятиях электронной промышленности для автоматизированного контроля линейных размеров и координат элементов микросхем и фотошаблонов позволяет оперативно и с более высокой точностью проводить объективный контроль качества их изготовления иа различных этапах технологического процесса, увеличить процент выпуска годных иэ- . делий, улучшить условия и производительность труда операторов-контролеров за счет уменьшения доли ручного труда.

Составитель Н.Стукова Редактор И.Петрова Техред В.далекорей . Корректор Л.Бокван

Ю Ю Ю ЮЮЮЮ

Заказ 3528/41 Тираж 873. Подписное

ВНИЗЩИ Государственного комитета СССР .. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 юююФвеВЮюю

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4