HU204339B - Method and device for testing surface roughness by light optical way - Google Patents
Method and device for testing surface roughness by light optical way Download PDFInfo
- Publication number
- HU204339B HU204339B HU345088A HU345088A HU204339B HU 204339 B HU204339 B HU 204339B HU 345088 A HU345088 A HU 345088A HU 345088 A HU345088 A HU 345088A HU 204339 B HU204339 B HU 204339B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- light
- segments
- beam splitter
- roughness
- light sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
A találmány tárgya eljárás felületi érdesség vizsgálatára fényoptikai módon, amelynek során a fényt mintára fókuszáljuk és a mintát mozgatjuk, a visszavert fény útjába fényterelőt - előnyösen hengerlencsét iktatunk és a fénynyaláb optikai tengelyébe szegmenspárokból álló fényérzékelőt helyezünk el. Az eljárás lényege, hogy a fényérzékelőt olymódon helyezzük el, hogy a szemben levő szegmenseire jutó fényintenzitás összege megegyezzen és a fényterelő optikai tengelyének, valamint a fényérzékelő egyik szegmenspárja szimmetriatengelyének párhuzamosságát biztosítjuk. 0-50 pm érdesség tartományban mérjük a két szegmenspáron keletkező jelösszegek különbségének időbeli változását, 10-200 pm érdesség tartományban a négy szegmens jelösszegének időbeli változását, a kalibrációs görbék felhasználásával a vizsgált minta érdességére következtetünk. A találmány tárgya továbbá berendezés is, amelynek fényforrása (1), a fényforrás (1) fénynyalábja útjába elhelyezett nyalábosztója (4), valamint fókuszáló optikája (2) van. Az optika (2) fókuszsíkjában mozgatott mintával (3) rendelkezik és a mozgatott mintáról (3) visszavert, a nyalábosztó (4) által eltérített, osztott fénynyaláb útjában fényterelő (6) van elrendezve. Szegmenspárokból álló fényérzékelőt (7) tartalmaz, amellyel kiértékelő áramkör (10) van összekötve. A berendezés úgy van kialakítva, hogy nyalábosztója'(4) polarizációs nyalábosztó, a nyalábosztó (4) és a fókuszáló optika (2) között negyedhullámhosszúságú lemez (5) van elhelyezve. A fényérzékelő (7) és a kiértékelő áramkör (10) közé a fényérzékelő (7) egyes szegmenspárjai jeleinek különbségét, valamint azok összegét előállító áramkör (8,9) van kötve, (l.ábra) i 1 .ábra H 0> co co o CM A leírás terjedelme: 5 oldal, 4 ábraThe present invention relates to a method for examining surface roughness in a light-optic manner, in which the light is focused on the sample and the sample is moved, a light diffuser, preferably a cylinder lens, is inserted into the reflected light path and a light sensor consisting of segment pairs is inserted into the optical axis of the light beam. The essence of the method is to place the light sensor in such a way that the sum of the light intensity of the opposing segments is the same and that the symmetry axis of the optical axis of the light guide and one pair of light sensor segments is provided. In the 0-50 µm roughness range, the variation of the difference between the two segments is measured over time. The invention also relates to a device having a light source (1), a beam splitter (4) placed in the path of the light beam (1) and a focusing optic (2). The optics (2) in the focal plane have a movable pattern (3) and a diverging light beam (6) is arranged in the path of the beam splitter (4) reflected by the movable sample (3). It comprises a light pair (7) of segment pairs with which an evaluation circuit (10) is connected. The apparatus is configured to have a beam splitter (4) between a beam splitter, a beam splitter (4) and a focusing optic (2) having a quarter-wavelength plate (5). A circuit (8,9) is generated between the light sensor (7) and the evaluation circuit (10) to generate the difference between the signals of each pair of segments of the light sensor (7) and the amount thereof (FIG. 1). o CM Scope of the description: 5 pages, Figure 4
Description
CMCM
A leírás terjedelme: 5 oldal, 4 ábraScope of the description: 5 pages, figure 4
HU 204339 ΒHU 204339 Β
A találmány tárgya eljárás és berendezés felületi érdesség mérésére fényoptikai módon, amely az érdességvizsgálatára előnyösen 100nm.-200 μ, tartományban használható. Felületi érdességmérésére különböző ismert megoldások léteznek. Az egyik ismert megoldás afelületi érdességmérésére letapogató tűtalkalmar. A felületen csúszó tű kis elmozdulását piezoelektromos, vagy mágneses úton mérik. A megoldás hátránya, hogy az alkalmazott tű a mérni kívánt felületet karcolja, megsérti és így a mérés pontosságát is befolyásolja.The present invention relates to a method and apparatus for measuring surface roughness by means of a light optic which is preferably used for the examination of roughness in the range of 100 nm to 200 µ. There are various known solutions for measuring surface roughness. One known solution for measuring surface roughness is a scanning needle caviar. The small displacement of the needle sliding on the surface is measured by piezoelectric or magnetic means. The disadvantage of this solution is that the needle used scratches, damages the surface to be measured and thus affects the accuracy of the measurement.
Másik ismert megoldás interf erometrikus elrendezést használ. Ilyen megoldást ismertet például C.W. See, M. Vaez Iravani, K. Wickramasinghe; Appl. Opt. 24. 2373-2379 (1985) és M. Mittelstaedt; Photonics Spectra 32.73-76 (1986) cikk is. Ennél az ismertmegoldásnál a felület kis domborulatai fókuszált fénynyaláb úthosszváltozását okozzák, ami az interferométerben jelváltozásra vezet. Amegoldás hátránya, hogy elsősorban a hullámhossznál kisebb, tehát körülbelül 200nm alatti domborulatokvizsgálatára alkalmas.Another known solution uses an interf erometric arrangement. Such a solution is described, for example, by C.W. See, M. Vaez Iravani, K. Wickramasinghe; Appl. Opt. 24, 2373-2379 (1985) and M. Mittelstaedt; Photonics Spectra 32.73-76 (1986). In this known solution, small convexities of the surface cause a change in the focal length of the focused beam, which leads to a signal change in the interferometer. The disadvantage of this solution is that it is primarily suitable for the examination of reliefs smaller than wavelength, ie below 200nm.
Egy további ismert megoldás szerint defókuszálási eljárást alkalmaznak A megoldás alap ja az a felismerés, hogyha a mintáról visszaverődő fényt pontszerű detektorra képezzükle, akkor aminta kis elmozdulása a detektorra eső fény mennyiségét csökkenti. Ezen ismert eljárás hátrányai akövetkezők:Another known solution uses a defocusing method. The basis of the solution is the recognition that if the light reflected from the sample is formed on a point detector, a small displacement of the sample will reduce the amount of light incident on the detector. The disadvantages of this known procedure are:
- az optika cseréje nélkül csak igen szűk tartományban használható,- can be used in very narrow range without replacement of optics,
- az eljárás nem ad információt arról, hogy a felületen a mért egyenetlenség domborulat vagy homoruIat-e,- the procedure does not provide information on whether the measured unevenness on the surface is convex or homorelated,
- érzékenysége igen korlátozott, 1 pm-nél nagyobb érzékenységet a megoldással nem lehet elérni.- its sensitivity is very limited, sensitivity above 1 pm cannot be achieved by the solution.
A találmány célja olyan megoldás létrehozása, amely az ismert megoldásokhátrányos tulajdonságait kiküszöböli, érintésmentes felületi érdességmérést teszlehetővé. Atalálmány további célja, hogy széles, a gyakorlati élet szempontjából fontos tartományban 100 nrn-től legalább200 pm-ig - használható legyen.It is an object of the present invention to provide a solution which overcomes the disadvantages of the known solutions and enables non-contact surface roughness measurement. Another object of the present invention is to provide a wide range of practical applications ranging from 100nm to at least 200 pm.
Felismertük, hogy amennyiben a visszavert fény útjába fényterelőt - előnyösen hengerlencsét - helyezünk el, az a visszavert fénynyalábot torzítja olymódon, hogy tengelye irányában megváltoztatja a fókusztávolságot Anyalábtorzítás eredményeképpen az optikai tengely mentén van egy olyan pozíció, ahol hogyha oda szegmenspárokból álló fényérzékelőt helyezünk el, akkor a szemben levő szegmenseire jutó fényintenzitás összege megegyezik. Kísérleteink során rájöttünk arra, hogyha ebbe apontba szegmenspárokból álló fényérzékelőthelyezönk el, akkor amozgatott minta kis felületi fomborulatai a fényérzékelőn torzuláshoz vezetnek, amely valamely - például előnyösen hengerlencse esetén annak tengelyére merőleges, vagy azzal párhuzamos - szegmenspáron jelnövekedést, a másik szegmenspáron pedig jelcsökkenést eredményez.It has been discovered that positioning a baffle, preferably a roller lens, in the path of reflected light distorts the reflected beam by altering the focal length of its axis. As a result of distortion of the foot, there is a position along the optical axis where the sum of the luminous intensities per opposing segments is the same. In our experiments, we have found that if a light sensor consisting of pairs of segments is inserted into this aponton, small surface folds of the displaced sample will result in distortion of the light sensor, which may be
Felismertük továbbá azt is, hogy a szegmenspárokból álló fényérzékelő szegmenspárjai jeleinek mérésével és különbségképzéssel a domborulat nagyságának mérésén kívül a domborulat „előjelei” is meghatározható, vagyis az, hogy domborulatról, vagyhomorulatról van-e szó. Kísérleteink során rájöttünk arra is, hogy nagyobb domborulatoknál a fényérzékelőn a teljes fény mennyisége csökken, és így ebben a tartományban, előnyösen 10-200 pm tartományban - az ismert defókuszálási eljáráshoz hasonlóan - a két szegmenspár jeleinek összegéből lehet a felületi érdességmértékére következtetni.It has also been recognized that by measuring and distinguishing between the pairs of segments of a light sensor consisting of pairs of segments, in addition to measuring the size of the embossment, the "signs" of the embossment can also be determined. In our experiments, we have also found that at larger ridges, the amount of total light on the light sensor decreases, so that the roughness of the two pairs of segments can be inferred from the sum of the signals of the two pairs of segments.
Afentiekben ismertetett megoldás napjainkban elérhető optikával körülbelül 300nm-es domborulatok mérésére alkalmas. Találmányunk további felismerése, hogy ez az érzékenység növelhető, ugyanis kísérleteink során rájöttünk arra is, hogy a kis dombozrula15 tok tartományában az eljárás lineáris. Megoldásonk során célszerűen valamilyen adott hosszúságú tartományfelületi érzékenységét a mérés zajától függetleníteni kell. Zajjal fedett mérések zajártalmának csökkentését többféleképpen végezhetjük, így például 20 hosszú integrálási idejű méréssel, vagy többszöri mintavételt követő átlagolással. Az ismert átlagolási eljárásoknál ál&lában elengedhetetlen az, hogy a mintát ugyanarrólfa helyről vegyük. Tehát valamely vonal mentén mérve az érdességet, ha ezt a mérést többször 25 ismételni akarjuk, akkor fontos, hogy a vonal kezdőpontja mindigugyanott legyen, azaz meg kell követelni azt, hogy a mechanikai rendszer nagy távolságokra is legalább 1 pm-re pontosan beállítható legyen. Az érdesség azonban olyan adat, amely a mérés kezdő30 pontjától független és a felületre általában jellemző. Az érdesség tehát nem a helyhez, hanem az adott intervallumban levő domborulatokhoz kötődő adat. Rájöttünk arra, hogy nincs szükség a mechanikai rendszernagytávolságokraistörténőpontosbeállíthatósá35 gára abban az esetben, ha a mérési eredménytFourier transzformáljuk és többszörimintavételezéssel képezzük, majdFourier transzformációval a Fourier térben átlagolunk. így az intervallumban levő domborulatok mindig ugyanazokra a Fourier komponensekre vezet40 nek-hiszen a Fourier transzformáció periodikus határfeltétel esetén eltolás-invariáns, azaz F/f(x)/=F/f(x+a)/, ahol f(x) a transzformálandó függvény, F a Fourier transzformációt, és a az eltolást jelöli az elektromos zajokat így kiátlagoljuk és csak a 45 mechanikus szerkezetnek megfelelő rezonanciák maradnak. Ezutóbbiak azonban kimérhetők és még a Fo, urier térben levonhatók. Alevonás után inverzFourier transzformációt végzünk, amelynek segítségével tipikus érdességi görbét állítunk elő. ílymódon tehát az 50 érdesség, mint tipikus adat, számítható. Az elektromos zajok kiátlagolására az a jellemző, hogy az átlagos zajamplitúdó η χ n mérés esetén n-ed részére esik, tehát például 100 Fourier transzformált mintasorozat esetén egy nagyságrenddel csökken.The solution described above is capable of measuring about 300nm of convexity with the optics available today. It is a further discovery of the present invention that this sensitivity can be increased, since during our experiments we have also found that the process is linear in the region of the small capsule. In our solution, it is advisable to isolate the sensitivity of the range surface of a given length from the noise of the measurement. Noise reduction for noise-covered measurements can be accomplished in a variety of ways, such as 20 long integration times measurements or averaging after multiple sampling. In the known averaging procedures, it is generally essential that the sample be taken from the same tree site. Thus, when measuring roughness along a line, if this measurement is to be repeated 25 times, it is important that the starting point of the line is always the same, i.e., that the mechanical system be accurately adjustable over long distances to at least 1 pm. However, roughness is data that is independent of the initial 30 points of the measurement and is generally specific to the surface. Harshness is thus not data related to the location, but to the reliefs of a given interval. It has been found that there is no need for precision adjustment of mechanical system distances when the measurement result is transformed with Fourier and repeatedly sampled and then averaged with Fourier transform by Fourier transform. Thus, the convexities in the interval always lead to the same Fourier components40 since the Fourier transform under a periodic boundary condition is displacement-invariant, i.e. F / f (x) / = F / f (x + a) /, where f (x) is the transform The function F denotes the Fourier transform and the displacement denotes the electrical noise so that only resonances corresponding to the mechanical structure 45 remain. However, the latter can be measured and deducted even in the Fo, urier space. After subtraction, an inverseFourier transformation is performed to produce a typical roughness curve. Thus, 50 roughness can be calculated as typical data. The average noise amplitude for measuring η χ n is typical for electric noise averaging, that is, for example, it decreases by an order of magnitude for 100 Fourier transformed sample series.
Atalálmánytárgya eljárás felületi érdesség vizsgálatára fényoptikai módon, amelynek során a fényt mintára fókuszáljuk és a mintát mozgatjuk, a visszavert fény útjába fényterelőt - előnyösen hengerlencsét - iktatunk és a f énynyláb optikai tengelyébe szeg60 menspárokból álló fényérzékelőt helyezünk el. Az el2The present invention relates to a method for examining surface roughness by means of a light optic, wherein the light is focused on the sample and the sample is moved, a baffle, preferably a roll lens, is inserted into the reflected light path and a light sensor consisting of pairs of nails. El2
HÜ 204 339 Β járás lényege, hogy a fényérzékelőt olymódon helyezzük el, hogy a szemben levő szegmenseire jutó fényintenzitás összege megegyezzen és a fényterelő optikai tengelyének, valamint a fényérzékelő egyik szegmenspárja szimmetriatengelyének párhuzamosságát biztosítjuk. 0-50 μιη érdességtartományban mérjük a két szegmenspáron keletkező jelösszegek különbségének időbeli változását, 10-200 pm tartományban pedig a négy szegmens jelösszegének időbeli változását és kalibrációs görbék felhasználásával a vizsgált minta érdességére következtetünk.HÜ 204 339 Β is about positioning the light sensor in such a way that the sum of the intensity of light on its opposite segments is the same and ensuring that the optical axis of the deflector and the axis of symmetry of one of the light sensor pairs are parallel. In the range of 0-50 μιη, the temporal variation of the difference between the signal totals of the two segment pairs is measured, and in the range of 10-200 pm the temporal variation of the signal sum of the four segments is measured and the roughness of the test sample is estimated.
Az eljárás előnyös megoldása esetén 0-10 pm tartományban Fourier transzformációt végzünk, több mérés Fourier transzformátját átlagoljuk, meghatározzuk az érdességet és inverz Fourier transzformációval tipikus érdességi görbét állítunk elő.In a preferred embodiment of the method, a Fourier transform is performed in the range of 0 to 10 µm, the Fourier transform of several measurements is averaged, the roughness determined, and a typical roughness curve is obtained by inverse Fourier transformation.
A találmány tárgya továbbá berendezés felületi érdesség vizsgálatára fényoptikai módon, amelynek fényforrása, a fényforrás fénynyalábja útjába elhelyezett nyalábosztója, valamint fókuszáló optikája van. Az optika fókuszsíkjában mozgatott mintával rendelkezik és a mozgatott mintáról visszavert, nyalábosztó által eltérített, osztott fénynyaláb útjában fényterelő van elrendezve és szegmenspárokból álló fényérzéklőt tartalmaz, amellyel kiértékelő áramkör van összekötve. A berendezés úgy van kialakítva, hogy nyalábosztója polarizációs nyalábosztó, a nyalábosztó és a fókuszáló optika között negyedhullámhosszúságú lemez van elhelyezve. A fényérzékelő és a kiértékelő áramkör közé pedig a fényérzékelő egyes szegmenspárjai jeleinekkülönbségét, valamint azok összegét előállító áramkör van kötve.The invention also relates to an apparatus for testing surface roughness by means of a light optic having a light source, a beam splitter positioned in the light beam path, and focusing optics. The optic has a pattern moved in its focal plane and is provided with a light deflector in the path of the beam diverted by the beam splitter and reflected by a beam detector and coupled with a light sensor consisting of pairs of segments to which the evaluation circuit is connected. The apparatus is configured such that a beam divider is arranged between the beam splitter, the beam splitter and the focusing optics. Between the light sensor and the evaluation circuit is connected a circuit which produces the signal difference of each pair of light sensor and the sum thereof.
A berendezés célszerű megoldása esetén a kiértékelő áramkör Fourier transzformációt lehetővé tevő áramkörrel van ellátva.In a preferred embodiment of the apparatus, the evaluation circuit is provided with a Fourier transform enabling circuit.
A berendezés előnyös megoldásánál a fényérzékelő kvadráns fotodetektor és fényterelőként a polarizációs nyalábosztó és a kvadráns fotodetektor közé hengerlencse van iktatva.In a preferred embodiment of the apparatus, a photoconductor is mounted between the light sensor quadrant photodetector and a polarization beam divider and a quadrant photodetector as a light deflector.
A berendezés további előnyös megoldása esetén a fényérzékelő késéldetektor-pár és fényterelőként a polarizációs nyalábosztón a visszavert és az eltérített fénynyalábra szimmetrikusan két prizma van elhelyezve.In a further preferred embodiment of the apparatus, the pair of light detector blade detectors and two light prisms symmetrically located on the reflected and deflected light beams are located on the polarization beam splitter.
A találmány szerinti berendezés lehetséges példakénti megoldását a mellékelt rajzok alapján ismertetjük részletesen, aholA possible exemplary embodiment of the apparatus of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which:
- az 1, ábra a berendezés célszerű megoldásának vázlatát,Figure 1 is a schematic diagram of a practical arrangement of the apparatus,
- a 2. ábra egy további célszerű megoldás vázlatát,- Figure 2 is a sketch of a further feasible solution,
- a 3a, 3b ábra a fókuszáló optika helyzetének meghatározását,- Figures 3a, 3b determine the position of the focusing optics,
- a 4. ábra pedig a berendezés által mért jel-alakokat ábrázolja.Figure 4 shows the waveforms measured by the apparatus.
Az 1. ábrán látható berendezésnek 1 fényforrása előnyösen félvezető lézer - az 1 fényforrás fénynyalábja útjába elhelyezett 4 nyalábosztója, valamint 2 fókuszáló optikája van. A 2 fókuszáló optika fókus-zsíkjában mozgatott 3 mintával rendelkezik A mozgatott 3 mintáról visszavert, a 4 nyalábosztó által eltérített, osztott fénynyaláb útjában 6 fényterelő van elrendezve. A berendezés szegmenspárokból álló 7 fényérzékelőt tartalmaz, amellyel 10 kiértékelő áramkör van összekötve. Találmányunk értelmében a 7 fényérzékelő és a 10 kiérzékelő áramkör közé a 7 fényérzékelő egyes szegmenspárjai jeleinek különbségét, valamint azok összegét előállító 8,9 áramkör van kötve.The light source 1 of the device shown in Figure 1 preferably has a semiconductor laser - a beam splitter 4 positioned in the path of the light beam 1 and a focusing optic 2. The focusing optic 2 has a pattern 3 which is moved in its focal plane. A diffuser 6 is arranged in the path of the split beam reflected from the pattern 3 and deflected by the beam splitter 4. The apparatus comprises a light sensor 7 consisting of pairs of segments to which an evaluation circuit 10 is connected. According to the present invention, a circuit 8,9 is provided between the light detector 7 and the detector circuit 10 which produces the difference between the signals of each segment of the light detector 7 and the sum thereof.
A berendezés 4 nyalábosztója célszerűen polarizációs nyalábosztó és a 4 nyalábosztó, valamint a 2 fókuszáló optika között negyedhullámhosszúságú 5 lemez van elhelyezve. A polarizációs 4 nyalábosztó és a negyedhullámhosszúságú 5 lemez - amely cirkuláris polarizációt okoz - megakadályozza, hogy a fény visszajusson az 1 fényforrásba (előnyösen lézerbe) amely a fényintenzitás nemkívánatos lebegését gátolja meg. Az 1. ábra szerint a 10 kiértékelő áramkör Fourier transzformációt lehetővé tevő 11 áramkörrel van ellátva.The beam divider 4 of the device is preferably arranged between a beam divider and a beam 5 having a quarter wavelength between the beam divider 4 and the focusing optics. The polarization beam divider 4 and the quarter wavelength plate 5, which causes circular polarization, prevent the light from returning to the light source 1 (preferably the laser), which prevents undesired light intensity fluctuation. As shown in FIG. 1, the evaluation circuit 10 is provided with a Fourier transform enabling circuit 11.
A berendezésnek az 1. ábrán látható célszerű megoldása esetén a 7 fényérzékelő kvadráns fotodetektor és 6 fényterelőként a polarizációs 4 nyalábosztó és a kvadráns fotodetektor közé hengerlencse van iktatva. A hengerlencse a fókuszpontot fókuszvonallá alakítja tengelyére és az optikai tengelyre merőleges irányban. Másik fókuszvonalat is kialaldti tengelyével párhuzamosan, de az optikai tengelyre merőlegesen. A két fókuszvonal között a fénynyaláb elipsziseken keresztül fokozatosan változik. A berendezésnél a 7 fényérzékelőt, tehát esetünkben a kvadráns fotodetektort abba a pontba helyezzük el, ahol az elipszis kis és nagy tengelye éppen megegyezik, azaz ahol a fénynyaláb körkeresztmetszetű, ebben az esetben a 7 fényérzékelő szembenlevő szegmenseire jutó fényintenzitás összege megegyezik. A 7 fényérzékelő, ennél a kiviteli alaknál a kvadráns fotodetektor egyik detektorpárja a hengerlencse tengelyére merőlegesen, a másik azzal párhuzamosan helyezkedik el. A két szegmenspár jeleinek különbségét, valamint összegét a 8,9 áramkör állítja elő.In the preferred embodiment of the apparatus shown in Fig. 1, a roller lens is inserted between the light sensor 7 as a quadrant photodetector and as the light deflector 6 the polarization beam divider 4 and the quadrant photodetector. The roller lens converts the focal point into a line of focus perpendicular to its axis and to the optical axis. It also extends another focus line parallel to its axis, but perpendicular to the optical axis. Between the two focal lines, the light beam gradually changes through ellipses. In the apparatus, the light sensor 7, in this case the quadrant photodetector, is positioned at the point where the small and large axes of the ellipse are exactly the same, i.e. where the sum of the luminous intensities of the opposite segments of the light sensor 7 is equal. The light sensor 7, in this embodiment, one pair of detectors of the quadrant photodetector is perpendicular to the axis of the roll lens and the other is parallel to it. The difference and sum of the signals of the two pairs of segments is generated by the 8.9 circuit.
Minthogya találmányszerinti berendezés működését zavaró tényezők egy része a már ismertetett polarizációs 4 nyalábosztóval, valamint a negyedhullámhosszúságú 5 lemez alkalmazásával csökkenthető, hasonló módon a mérés során célszerű a berendezés érzékenységét növelni. A korábbiakban ismertetettek szerint ez a Fourier transzformáció segítségével történhet, amelyet a Fourier transzformációt lehetővé tevő 11 áramkörrel végzünk. Egy lehetséges esetben ez egy számítógép, melynek memóriájában az önmagában ismert Fourier transzformációs rutin van tárolva.Since some of the interfering factors of the device according to the invention can be reduced by the polarization beam divider 4 already described and by using a quarter-wavelength plate 5, it is likewise advisable to increase the sensitivity of the device during the measurement. As described above, this can be accomplished by means of the Fourier transform, which is performed by a circuit 11 which enables the Fourier transform. In a possible case, this is a computer having in its memory a known Fourier transformation routine.
A berendezésnél előnyösen a 2 fókuszáló optika fókuszáló lencséjét vezérelhetően képeztük ki. A 2 fókuszáló optika ezért rendelkezik 20 vezérlőegységgel. Egy előnyös kivitel esetén, például a 2 fókuszáló optika lencséjét mágneses elven működő, árammal vezérelt szolenoiddal megfelelő magasságban tartjuk. A szolenoid áramát a 7 fényérzékelő, esetünkben például a kvadráns fotodetektorról származó különbségi jel segítségével szabályozzuk olymódon, hogy a 7 fényér3Advantageously, the device has a focusable lens for the focusing lens 2 which is controllable. The focusing optic 2 therefore has 20 control units. In a preferred embodiment, for example, the lens of the focusing optic 2 is held at a suitable height by a current-controlled solenoid operating on a magnetic principle. The current of the solenoid is controlled by the light sensor 7, in this case the difference signal from the quadrant photodetector, such that
Hü 204339 Β zékeló a 4. ábrán, látható J_ különbségi jel lineáris tartományában maradjon. Akis meredekségű szakaszokat, illetve az alakhűséget pedig például a szolenoid áramának detektálásávalmérjükmeg.Hü 204339 Β remain within the linear range of the differential signal J_ shown in Figure 4. Akis slope sections and shape fidelity are measured, for example, by detecting the current of the solenoid.
A 2. ábra a berendezés egy további lehetséges megoldását szemlélteti. A megoldás az alábbiakban ismertetett különbségektől eltekintve megegyezik az 1. ábra kapcsán leírtakkal· A 2. ábránlevő berendezés? fényérzékelője 7’ késéldetektor-pár és 6 fényterelőként ennél akivitelialaknálapolarizációs 4nyalábosztón a visszavert és az eltérítettfénynyalábra szimmetrikusankét & prizma van elhelyezve. Ennél a kiviteli alaknál, amikor a 3 minta éppen a 2 fókuszáló optikai fókuszában van, akkor a visszavert fény 6’ prizmákon keresztül éppen a 7’ késéldetektor-párra fókuszálódik.Figure 2 illustrates another possible embodiment of the apparatus. Except for the differences described below, the solution is the same as in Figure 1 · Is the equipment in Figure 2? The light sensor has a pair of blade detectors 7 'and as a deflector 6 in this embodiment a symmetrical two & prism is placed on the reflected and deflected light beam on the polarization beam divider 4. In this embodiment, when the sample 3 is in the optical focus of the focuser 2, the reflected light is focused through the prisms 6 'to the blade detector pair 7'.
A találmány szerinti berendezés működését a következőkben az 1. ábra kapcsán ismertetjük részletesen.The operation of the apparatus according to the invention will now be described in detail with reference to Figure 1.
Apolarizációs 4 nyalábosztő az 1 fényforrás fényét lineárisan polarizálja. A negyedhullámhosszúságú 5 lemez ebből cirkuláris polarizációt állít elő. A mérendő, mozgatott 3 mintáról visszaverődő fényből a ne- 25 gyedhullámhosszúságú 5 lemez az előzőre merőleges polairzációt alakít ki, amelyet a polarizációs 4 nyalábosztó az előzőre merőleges irányban a 6 fényterelő, esetünkben hengerlencse felé vetít, amely a fókuszpontot fókuszvonallá alakítja tengelyére és az optikai 30 tengelyre merőleges irányban. Másik fókuszvonalat is kialakít tengelyével párhuzamosan, de az optikai tengelyre merőlegesen. Amegfelelő - korábban ismertetett helyre elhelyezett 7 fényérzékelő egyik szegmenspárján növekszik (csökken), a másikon csökken (nö- 35 vekszik) a jel, a mérendő 3 minta domborulatának előjelétólfüggően.Apolarization beam splitter 4 linearly polarizes light from light source 1. The quarter-wavelength plate 5 generates circular polarization therefrom. From the light reflected from the measured sample 3, the wavelength plate 5 forms a polarization perpendicular to the former, which is projected by the polarization beam divider 4 perpendicularly to the deflector 6, in this case to the cylindrical lens, which focuses on the focal line 30 perpendicular to the axis. It also creates another focus line parallel to its axis but perpendicular to the optical axis. Correspondingly, the light sensor 7, positioned in the position described above, increases (decreases) in one pair of segments and decreases (increases) in the other, depending on the sign of the elevation of the 3 samples to be measured.
A4.ábránfeltűntettűk először m felületmagasságot, ezt követően J_ különbségi jelet, majd J+ összeg jelet, a fókuszsíktól való lokális Δ el- 40 térés függvényében. A J. különbségi jel lát' hatómódoncsakadotttartománybanlineáris. Ezen tartományon ldvüleső defókuszált helyzeteket elkeli kerülni, például a 2 fókuszáló optika mozgatásának lassításával, 45 vagy utánállításának gyorsításával, mert az erős defókuszálás miatt afényfolt átmérője megnövekszik, ilymódon afelbontás leromlik. AJ, különbségi jel lineáris tartományában tartjuk a 2 fókuszáló optikát azért is, 50 mert a J+összeg jel, ebben a tartományban a felület reflexiójával arányos, ami lehetővé teszi, hogy a reflexió változásait önmagában ismert normálással kiszűrjük. Az erősen defókuszált tartományokban már a J+ 55 összegjel csökken, igya J+összegjel csakállandóreflexiójúfelületekeseténhasználható a mérés tartományának bővítésére. Változó reflexiójú felület esetén ezért a nagyobb felületi domborulatokat, illetve az 60 alakhűséget a lencsemagasságot vezérlő 20 vezérlőegység szolenoid áramának mérésébőllehetmeghatározni.Figure 4 shows first the surface height m, then the difference sign J_ and then the sum sign J + , as a function of the local deviation Δ from the focal plane. The difference signal J. can be seen in a linear range only. Defocusing situations within this range will be avoided, for example, by slowing the movement of the focusing optics 2, or by speeding up the adjustment, because due to the strong defocusing, the diameter of the light spot will be enlarged, thus reducing the resolution. Focusing optics 2 are also kept in the linear range of the difference signal J because the sum sum of J + is proportional to the surface reflection, which allows the changes in reflection to be filtered by standardization known per se. In heavily defocused ranges, the J + 55 sum symbol is already reduced, so that the J + sum symbol can be used for constant reflection surfaces to extend the measurement range. Therefore, in the case of a variable reflection surface, larger surface convexities and shape fidelity 60 can be determined by measuring the solenoid current of the lens height control unit 20.
A J+ összeg jel nagyobb domborulatoknál a 4. ábrán 5 látható módon csökkenni kezd. AJ, különbségi jelet a mérés zajába eső felületi érdesség esetén a korábban ismertetett Fourier transzformációval az azt lehetővé tevő 11 áramkörrel átlagoljuk. így tipikus érdességi adatokat kapunk és berendezésünk esetén nincs szük10 ség a mechanikai rendszer eredeti helyére történő visszaállítására.The J + sum signal starts to decrease at larger elevations as shown in Figure 4. The difference signal J, in the case of surface roughness falling into the noise of measurement, is averaged by the Fourier transform described above with its enabling circuit 11. Thus, typical roughness data are obtained and, with our equipment, there is no need to reset the mechanical system to its original position.
A 2 fókuszáló optika előnyösen vezérelhető helyzetű, amelynek a vezérlését a 20 vezérlőegységgel például amár ismertetett mágneses elven működő, árammal 15 vezérlet szolenoiddal biztosítunk. A berendezés működése során a 2 fókuszáló optika helyzete a geometriai optika alapján a következő módon határozható meg. Tegyük fel, hogy a 3 mintáról egy lencsével párhuzamosított nyaláb halad a kvandráns fotodetektor 20 felé. Ezt a nyalábot vékony szférikus és vékony hengerlencsékkel úgy alakítjuk, hogy egymásra merőleges irányokban máshová kerüljön a fókuszvonal. A 3a ábra felülnézetet, a 3b ábra pedig oldalnézetet ábrázol. Csak szférikus lencsét alkalmazva a két fókuszvonal egy síkba esik és metszéspontjuk a fókuszpont. A 3a, 3b ábra jelölései az alábbiak:The focusing optic 2 is preferably in a controllable position, the control of which is provided by a current-controlled solenoid 15 operating with the control unit 20, for example, as described above. During the operation of the device, the position of the focusing optics 2 can be determined from the geometric optics as follows. Suppose that a beam of 3 samples paralleled by a lens travels toward the quadrant photodetector 20. This beam is formed with thin spherical and thin roll lenses so that the focus line is displaced in orthogonal directions. Figure 3a is a top view and Figure 3b is a side view. Using only a spherical lens, the two focus lines are in the same plane and their intersection is the focus point. 3a, 3b are as follows:
- d bejövő nyaláb átmérője,- d is the diameter of the incoming beam,
- fj hengerlencse szimmetriatengelyére merőleges fókusztávolság,- focal length perpendicular to the axis of symmetry of the cylindrical lens,
- f2 hengerlencse szimmetriatengelyével párhuzamos fókusztávolság,- focal length parallel to the axis of symmetry of the f 2 cylindrical lens,
- dj hengerlencse szimmetriatengelyére merőleges metszet, a fókuszponttól x távolságra, a lencse irányában,- section dj perpendicular to the axis of symmetry of the cylindrical lens, at x distance from the focal point, in the direction of the lens,
- d2 hengerlencse szimmetriatengelyével párhuzamosa metszet, a fókuszponttól y távolságra, a lencsétől távolodva.- d2 cylindrical lens symmetry parallel section, y is the focal point distance of the lens away.
A 3a, 3b ábra alapján az alábbi összefüggések írhatókfel:Figures 3a, 3b show the following relationships:
tga^d/2^ tga2-d/2f2 x+y-fl-f2 tga ^ d / 2 ^ tga 2 -d / 2f 2 x + y-fl-f 2
Célszerűen azx (illetve azy) távolságotúgy választjuk meg, hogy d£ és d2 metszet egyenlő legyen. Kis szögek eseténPreferably, the distance x (or azy) is chosen such that d £ and d 2 are equal. For small angles
X“tto (fi -fo)/(ai +tto) y-^(^-^+¾)X "tto (fi -fo) / (ai + tto) y - ^ (^ - ^ + ¾)
Amennyiben a 3 mintáról nem párhuzamosított nyaláb érkezik, vagy a szférikus lencse, vagy a hengerlencse, eseflegmindkettő vastag lencse, vagy akét lencse nem közvetlenül egymás mellett van, akkor a geometriai optika szabályoai szerint kell eljárni mindig úgy, hogy a kvadráns fotodetektor a 20 vezérlőegység segítségével abba a pontba kerüljön, ahol a d1 és metszetekmegegyeznek.If a non-parallel beam is obtained from the sample 3, or the spherical lens, the roller lens, the two thick lenses of the esophagus, or the two lenses are not directly adjacent to each other, then the rules of geometric optics should always be followed move to the point where ad 1 and the intersections are the same.
Az előző ismertetés hengerlencsés 6 fényterelőt és kvadráns fotodetektort mint 7 fényérzékelőt tartalmazott. Természetesen ha nem hengerlencsét, hanem például a 2. ábra szerinti 6’ prizmákat használjuk és a 7 fényérzékelőként a 7’ késéldetektor-párt alkalmaz4The previous description included a roller lens 6 and a quadrant photodetector 7 as light sensors. Of course, if using a lens other than a roll lens, for example the prism 6 'of FIG. 2 and using the blade detector pair 7' as the light sensor 7
HU 204 339 Β zuk, ebben az esetben is a berendezés működése az ismertetettekkel megegyező.In this case, the operation of the equipment is the same as described.
A találmány szerinti megoldással előnyösen oldható meg a felületi érdesség vizsgálata érintésmentesen, fényoptikai módon, amely igen széles, legalább 100 nm-től 200 pm tartományban igen jól használható. Előnye a megoldásnak, hogy önmagában nemcsak a felületi érdesség meghatározását teszi lehetővé, hanem annak „előjelét” is, vagyis azt, hogy a felületen domborulatvagy homorulat van-e.The present invention preferably provides a non-contact surface roughness test, which is very wide and very useful in the range of at least 100 nm to 200 µm. The advantage of the solution is that it allows not only the definition of surface roughness, but also its "sign", that is, whether the surface has a convexity or a concavity.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU345088A HU204339B (en) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Method and device for testing surface roughness by light optical way |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU345088A HU204339B (en) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Method and device for testing surface roughness by light optical way |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT50964A HUT50964A (en) | 1990-03-28 |
| HU204339B true HU204339B (en) | 1991-12-30 |
Family
ID=10964073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU345088A HU204339B (en) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Method and device for testing surface roughness by light optical way |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| HU (1) | HU204339B (en) |
-
1988
- 1988-07-01 HU HU345088A patent/HU204339B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HUT50964A (en) | 1990-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4929161B2 (en) | Measuring device for measuring the shape and / or roughness of the workpiece surface | |
| US5382789A (en) | Near field scanning optical microscope | |
| EP1715290A1 (en) | Confocal measurement method and apparatus in a paper machine | |
| CN112504456A (en) | Micro-area differential reflection type spectrum measurement system and method | |
| JP2001108417A (en) | Optical shape measuring instrument | |
| JP2746446B2 (en) | Optical measuring device | |
| KR101085014B1 (en) | Optical surface measuring apparatus and method | |
| US20120316830A1 (en) | Coupled multi-wavelength confocal systems for distance measurements | |
| KR0126250B1 (en) | Method for measuring width of fine gap | |
| JP3333236B2 (en) | Optical surface profile measuring device | |
| JPS63193003A (en) | Apparatus for measuring depth of recessed part and thickness of film | |
| HU204339B (en) | Method and device for testing surface roughness by light optical way | |
| JP2542754B2 (en) | Positioning method and apparatus for probe for electric field measurement of integrated circuit | |
| EP0481387B1 (en) | Photosensor device | |
| KR101120527B1 (en) | Interferometer System using Point Source and Measurement Method thereof | |
| JPH06102025A (en) | Optical displacement gauge | |
| US20120314200A1 (en) | Coupled multi-wavelength confocal systems for distance measurements | |
| Yeng et al. | The determination of laser spot size of an optical tweezers by stuck bead method | |
| US20240060880A1 (en) | Spectroscopic measurement device | |
| CN114001647B (en) | Three-wavelength-point differential confocal microscopic detection method and device | |
| CN114910019B (en) | Sample detection device and method for dynamically adjusting diameter of scanning beam | |
| JP3037852B2 (en) | Microstructure measuring device | |
| KR20070035333A (en) | Displacement measuring device by using the focus splitting and method thereof | |
| JP2859359B2 (en) | Micro Dimension Measurement Method | |
| JPH1123953A (en) | Microscope equipped with focus detector and displacement measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |