Способ измерения толщины прозрачных пластин с рассеивающей поверхностью

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения толщин прозрачных пластин, у которых одна из поверхностей рассеивает свет. Целью изобретения является упрощение метода и повышение точности измерений. Исследуемый образец облучают лазерным излучением и проводят измерение диаметра D области тени вокруг лазерного луча на шероховатой поверхности образца, а толщину H пластины определяют по формуле H = 0,25DTGγ<SB POS="POST">с</SB>, где γ<SB POS="POST">с</SB> = ARCSIN(1/N) - угол полного внутреннего отражения данного материала

N - показатель преломления. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4679641/28 (22) 18.04.89 (46) 23.08.91. Бюл. N. 31 (71) Ленинградский политехнический институт им. М,И,Калинина (72) Д,В.Кизеветтер (53) 621,371(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 1411650, кл, G 01 22/02, опублик, 1988, Авторское свидетельство СССР

N 1401266, кл. G 01 В 11/02, опублик. 1988 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ПРОЗРАЧНЫХ ПЛАСТИН С РАССЕИВАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. точнее к методам определения толщины объектов, и может быть использовано для определения толщины прозрачных плас ин, у которых одна из поверхностей рассеивает свет.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности при измерении толщины пластин с шероховатой подложкой.

На фиг.1 приводится графическое иэображение хода лучей в образце при шероховатой подложке; на фиг,2 — то же, при шероховатой входной поверхности.

Сущность способа заключается в том, что рассмотрим вначале случай зеркальной (нерассеивающей) входной поверхности Рг и шероховатой подложки образца Р>, фиг.1) луч лазера, пройдя образец, рассеивается в точке О, образуя широкую индикатрису рас„„,Я3 „„1672209 А1 (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения толщин прозрачных пластин, у которых одна из rioверхностей рассеивает свет. Целью изобретения является упрощение метода и повышение точности измерений. Исследуемый образец облучает лазерным излучением и проводят измерение диаметра D области тени вокруг лазерного луча на шероховатой поверхности образца, а толщину

Н пластины определяют по формуле Н =

0,25Dtg у,, где у с, = are,"in(1/n) — угол полного внутреннего отражения данного материала; n — показатель преломления, 2 ил. и сеяния, Часть лучей, лишь частично отразив- Ch шись от поверхности Р,, покидает образец. 4

Часть лучей, для которых угол падения на 1 поверхность Рг больше критического (у, = с,,)

arcsin(1/n), где n — показатель преломления материала образца), испытывает полное внутреннее отражение и снова попадает на поверхность Р . Поэтому в плоскости подложки на точки, лежащие на расстоянии L, меньшем 2Н/tg у, от центра луча О, отраженное излучение не попадает. Точки, лежащие на расстоянии L > 2H/tg у, будут освещаться отраженным светом и, являясь рассеивэтелями, диффуэно рассеивать излучение во все направления, что позволяет наблюдать рассеянные лучи в любой точке приема. Итак, в результате падения лазерного луча на рассматриваемый образец образуется освещенная поверхность Р> подложки образца с темным (неосвещен1672209 ным) кругом вокруг лазерного луча. Из фиг,1 видно, что диаметр темной области D< связан с толщиной образца кэк Н -0,25 О tg ус . Для того, чтобы поверхность Р> являлась рассеивающей, высота шероховатости поверхности Я„должна быть больше половины длины волны лазерного излучения, Рассмотренный эффект будет иметь место и в том случае, если Rs < А/2, но контраст изображения будет ниже, и при R> - 0 иэображение вообще исчезнет вследствие отсутствия диффузного рассеяния, Наилучшим условием наблюдения, соответственно, и условием измерения толщины пластины является размещение исследуемого образца на хорошо отражающей поверхности, например на листе белой бумаги, Угол падения лазерного луча относительно поверхности образца существенной роли не играет: индикатриса рассеяния идеального диффузного рассеивателя описывается законом Ламберта (cos 0, где 0—

2 угол рассеяния) и не зависит от угла падения. Для реальных рассеивателей угол падения лазерного луча не должен превышать

30-45 .

Таким же способом можно определять толщину пластин, у которых входная поверхность является шероховатой (Рз), а подложка — нерассеивающей (Рг). Ход лучей в таком образце приведен на фиг.2. Яркость иэображения в этом случае существенно ниже, так как при высотах шероховатости Rs/ А < 1,5 полуширина индикатрисы рассеяния составляет 9 — 15О, что значительно меньше, чем ус .

Поэтому измерение толщины пластин, имеющих входную шероховатую поверхность, эффективно при Rs > 2 — 5 мкм (А = 0,63 мкм), т.е. матированных стекол, а не слабо шероховатых.

Если образец имеет обе нерэссеиваю5 щие поверхности, то измерения можно производить, искусственно создав рассеяние на подложке. Это можно достичь двумя не. разрушэющими способами: нанести слой светорассеивающего лакэ, а после иэмере10 ний смыть его растворителем; либо помещать исследуемый образец на диффузно отражающую поверхность, обеспечив оптический контакт с помощью иммерсионной жидкости. В простейшем случае это может

15 быть обычная вода, так как некоторая небольшая разница показателей преломления образца и иммерсии не мешает проведению измерений.

Формула изобретен

Способ измерения толщины прозрачных пластин с рассеивающей поверхностью, заключающийся в облучении исследуемого образца лазерным излучением и регистра-

25 ции параметров поля оптического диапазона длин волн, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности при измерении толщины пластин с шероховатой подложкой, регистрацию параметров

30 поля проводят в рассеянном лазерном излучении, измеряют диаметр D области тени вокруг лазерного луча на шероховатой поверхности образца, а толщину Н пластины определяют по формуле H - -0,25 О tg yc, где

35 y arcsln (1/и) — угол полного внутреннего отражения данного материала; n — показатель преломления.

1672209

Составитель П.Лапшин

Текред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Л.Гратилло

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2829 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5