Устройство для измерения линейных размеров малых объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЯНЫХ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее оптическую преОбраэутцую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического : узла, Фурье-объект-ива и маски, и фотоэлектрическую систему ангшиэа параметров дифракционной картины, включгиощую фотоприёмник и электронной блок обработки сигнсша, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона контролируешь ; объектов и повыаения надежности устройства, оно снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентсм пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскости анализа оптической преобразующей системы , вторым Фурье-о&ьективом и фотохромной пластинкой с антилогарифмическим коэффициент 1 пропускания амплитуды световой волны, последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим :коэффициентси4 пропускания амплитуды световой волны и фотоприемнйком, и точечной узкопольной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ней выполнены два точечных отверстия, a расстояние между вторым Фурье-объек; тивом и маскОй пропорционально ширине интерференционных полос-дифракци-.онных максимумов интерферограмки,сформированной BToiMdM Фурье-объективом ю ел

09I OO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

W4

РЕСПУБЛИК

50 G 01 В 11/ог

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3416807/25.-28 (22) 01.04.82 (46) 07. 07.83. Вюл.Р25 (72 ) В.Г. Колобродов, В.A. Остафьев, А.И. Скакальский и Г.С. Тыачик (71 ) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Ве-. ликой Октябрьской социалистической революции (53 ) 531.715.27(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 324466, кл. 8 01 В 11/10, 1969.

2. Патент COLA В 3851180, кл. G 01 В 7/12, 1976 (прототип). . (54).(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И3МЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ содержащее оптическую преобразующую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического узла, Фурье-объектива и маски, и фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины, включающую фотонриемник и электронный блок. обработки сигнала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых:. объектов и повиаения надежности устройства, оно снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскости анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-объективом и фотохромной пластинкой с антипогарифмическим коэффициентом пропускания ампли туды световой волны, .последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим.. коэффициентом пропускания амплитуды световой волны и фотоприемником, и точечной узкополь- Е

Ф ной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ией выполнены два точечных отверстия, а расстояние между вторымФурье-объек- :

; тивом и маской пропорционально шири- 1 не ннтерференцнонных полос-дифракци- онных максимумов интерферограмми сфо мнрованной вторым Фурье-объективом

1027510

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров малых объектов, в частности, в микробиологии для измерения размеров . при анализе Формы и пространственного 5 расположения микроорганизмов, в медицине — для анализа компонент крови и т.д.

Известно устройство для измере ния толщины проволоки, тонких валов, l0 нитей и т.п., содержащее лазер, оптическую коллимационную систему, Фурье-объектив, систему сканирования дифракционной картины и систему обработки фотосигнала. 1). 15

Недостатками данного устройства являются неприменимость для измерения размеров объектов с периодической пространственной структурой, сложность и громоздкость оптических 20 систем, что усложняет вотировку, не» стабильность метрологического нуля устройства,из-за-влияния флуктуаций выходной мощности излучения лазера при абсолютных методах измерений. 25

Наиболее близким к предлагаемому по. технической сущности является устройство для измерения линейных размеров малых объектов, содержащее on тическую преобразующую систему для формирования дифракционной картины объекта, состоящую иэ последовательно расположенных на одной оси лазера, телескопического узла, Фурьеобъектива и маски, и фотоэлектричес кую систему анализа параметров дифракционной картины, включающую фото приемник и электронный блок обработки сигнала. Маска расположена в фокальной плоскости Фурье-объектива и выполнена в форме целевого дис- 40 ка $2).

Недостатками известного устройст ва является воэможность измерения только линейных размеров простых 45 детерминированных объектов, неприменимость для измерения энергетических параметров дифракционных картин, что ограничивает. диапазон контроли-.

p+eMbIx объектов, термонестабильность

:электронной андлоговой аппаратуры ..обработки фотосигнала, вызывающая .нестабильность метрологического нуля устройства, что снижает надежность работы устройства.

Цель изобретения - расширение диа-55 пазона контролируемых объектов и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, :что устройство для измерения-линейных размеров малых объектов, содер- 60 жащее оптическую преобразующую систему для формирования дифракционной ,картины объекта, состоящую из последовательно расположенных на одной оси

,лазера, телескопического узла, Фурье-б5 объектива и маски, и фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины, включающую фотоприемник и электронный блок обработки сигнала, снабжено фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, установленной в плоскос« ти анализа оптической преобразующей системы, вторым Фурье-объективом и фотохромной пластинкой с антилогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны, последовательно расположенными по ходу светового потока между фотохромной пластинкой с логарифмическим коэффициентом про1 ускания амплитуды световой волны и фотоприемником, и точечной уэкопольной диафрагмой, установленной перед фотоприемником, маска расположена в плоскости спектрального анализа оптической преобразующей системы и в ней выполнены два точечных отверстия, а расстояние между вторым

Фурье-объективом и маской пропорционально ширине интерференционных полос дифракционных максимумов интерферограммы, сформированной вторым Фурьеобъективом.

На чертеже изображена принципиаль ная схема устройства для измерения линейных размеров малых объектов.

Предлагаемое устройство для измерения размеров малых объектов-содержит оптическую преобразующую систему для форйирования дифракционной картины объекта и Фотоэлектрическую систему анализа параметров дифракционной картины.

Оптическая преобразующая система содержит расположенные последовательно на одной оси лазер 1, телескопический узел 2 для расширения пучка излучения лазера 1, первый Фурьеобъектив 3, который предназначен для формирования дифракционной картины измеряемого объекта 4 и толстую маску 5, предназначенную для формирования дифракционной картины и содержащую два точечных отверстия диаметром, равным половине радиуса перетяжки пучка излучения лазера 1, и фотохромную стеклянную пластинку б с логарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны. Расстояние между, отверстиями маски б больше суммы двух диаметров перетяжки пучка. На расстоянии Я от маски 5 расположен второй Фурьеобъектив 7, предназначенный для формирования интерферограммы, диф- ракционных максимумов, выделенных маской 5 из дифракционной картины измеряемого объекта 4. Расстояние 6 пропорционально требуемой ширине интерференционных полос интерферограммы. За Фурье-объективом 7 рас1027510

Составитель Л. Лобэова

Редактор H. Кешеля Техред A.Бабинец Корректор A GoBx

Заказ 4720/43 Тираж 60? Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная., 4 положена фотохромная стеклянная пластинка 8 с антилогарифмическим коэффициентом пропускания амплитуды световой волны.

Фотоэлектрическая система анализа параметров дифракционной картины содержит узкопольную точечную диафрагму 9, за которой расположен фотоприемник 10, выход которого через усилитель 11 .подключен к электронному блоку 12 обработки сигнала. >

Устройство для измерения. линейных размеров малых объектов работает следующим образом.

Пучок излучения лазера 1 расширяется до требуемых размеров телескопическим узлом 2 и освещает из.меряемый объект 4. -На пространственной структуре объекта 4 световая волна дифрагирует и Фурье-объективом 3 в плоскости спектрального анализа формируется дифракционная картина измеряемого объекта 4, Поскольку пространственная структура измеряемого объекта 4 является кваэипериодической, то дифракционное изображение состоит иэ периодически повторяющихся максимумов осве« щенности.

Амплитуды .дифракционных максимумов прямо пропорциональны мощности излучения лазера и функционально зависимы-от величины среднеквадрати-. ческого отклонения от периодичности пространственной структуры измеряемого объекта 4. Точечными отверстиями маски 5 выделяются центральные части, т.е. амплитуды в распределении освещенности двух максимумов дифракционной картины, цогарифмируе мые в дальнейшем фотохромной стеклянной пластинкой 6 с логарифмическим ,коэффициентом пропускания амплитуды световой волны. Фурье-объективом 7 формируется интерферограмма дифракционных максимумов, ширина интерференционных полос которой пропорциональна расстоянию f между Фурье-объективом 7 и маской 5. Поэтому максимумы освещенности интерференционных полос, т.е. светлые полосы, соответствуют сумме логарифмов амплитуд выделенных дифракционных максимумов,, а минимумы освещенности интерференционных полос, т.е. темные полосы

1О соответствуют разности логарифмов амплитуд выделенных дифракционных максимумов. Второй фотохромной пластинкой 8 выполняется антилогарифмирование распределения световой волны l5 в интерферограмме согласно опреде-. ленному алгоритму, и в дальнейшем анализируется фотоэлектрической системой анализа параметров дифракционной картины. Для этого фотоприемник

2О 10 с точечной узкопольной диафрагмой 9 на входе помещают на темной полосе интерферограммы, амплитуда которой определяется по показанияи электронного блока 12 обработки сиг« нала. Таким образом, аплитуда (либо освещенность) темных интерференцион» ных полос интерферограммы на выходе электронного блока 12 обработки сиг,нала пропорциональна отношению маит.туд двух Фракционных максимумов измеряемого объекта 4, величина которого уменьшается по мере увеличения среднеквадратического отклонения от периодичности пространственной структуры измеряемого объекта 4.

Предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить стабильность метрологического нуля устройства до -2%, устранить влияние результата

40 измерений от временных флуктуаций выходной мощности излучения лазера, получить высокую термостабильноств и точность измерения.