RU2085843C1 - Optical roughness indicator - Google Patents
Optical roughness indicator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2085843C1 RU2085843C1 RU94036724A RU94036724A RU2085843C1 RU 2085843 C1 RU2085843 C1 RU 2085843C1 RU 94036724 A RU94036724 A RU 94036724A RU 94036724 A RU94036724 A RU 94036724A RU 2085843 C1 RU2085843 C1 RU 2085843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spectrograph
- interferometer
- optical
- input
- collimator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к классу устройств, предназначенных для бесконтактного метрологического обеспечения субнанометровых технологий, и может быть использовано для контроля профиля поверхности изделий в различных областях техники как при отладке технологических процессов, так и при экспресс-контроле конечной продукции, а также в научных исследованиях. The invention relates to measuring equipment, in particular to a class of devices designed for non-contact metrological support of subnanometer technologies, and can be used to control the surface profile of products in various fields of technology both when debugging technological processes, and when express-monitoring the final product, and in scientific research.
Известен класс профилометров, работа которых основана на принципе гетеродинной интерферометрии. Сущность этого принципа заключается в формировании двух лучей, имеющих близкие частоты, с использованием для этого лазерного излучения, использовании одного из лучей в качестве опорного и измерении относительных изменений фаз модулированных сигналов для получения профиля исследуемой поверхности. Известные гетеродинные профилометры отличаются используемыми значениями разницы частот лазерных лучей, а также конкретным выполнением элементов оптических схем. Так, например, в качестве расщепителей частоты в разных вариантах интерферометров такого типа используются вращающиеся четвертьволновые пластинки, ячейки Брегга, вращающийся с постоянной скоростью расщепитель, а также Зеемановский расщепитель для He-Ne-лазера. Для повышения точности измерений часто формируют опорный пучок усредненным по поверхности, для чего используют различные оптические схемы его расширения. A class of profilometers is known whose operation is based on the principle of heterodyne interferometry. The essence of this principle is the formation of two rays having similar frequencies, using laser radiation for this, using one of the rays as a reference and measuring the relative phase changes of the modulated signals to obtain the profile of the surface under study. Known heterodyne profilers differ in the used values of the frequency difference of the laser beams, as well as in the specific implementation of the elements of the optical circuits. For example, rotating frequency quarter-wave plates, Bragg cells, a constant-speed rotating splitter, and a Zeeman splitter for a He-Ne laser are used as frequency splitters in various types of interferometers of this type. To increase the accuracy of measurements, a reference beam is often formed averaged over the surface, for which various optical schemes for its expansion are used.
Однако несмотря на эти меры точность гетеродинных профилометров ограничена значением λ/500 где λ длина волны используемого излучения, из-за трудности поддержания разности близких частот с высокой стабильностью. Одним из лучших гетеродинных профилометров является профилометр (патент США N 4,848,908, 1989). Он содержит He-Ne-лазер, акустооптический модулятор, средства для расширения опорного луча, поляризующий расщепитель, четвертьволновую пластинку, фокусирующую линзу, подвижный стол, на котором расположен образец, а также два фотодиода и электронный блок. However, despite these measures, the accuracy of heterodyne profilometers is limited by the value λ / 500 where λ is the wavelength of the radiation used, because of the difficulty in maintaining the difference in the close frequencies with high stability. One of the best heterodyne profilometers is a profilometer (US patent N 4,848,908, 1989). It contains a He-Ne laser, an acousto-optical modulator, means for expanding the reference beam, a polarizing splitter, a quarter-wave plate, a focusing lens, a movable table on which the sample is located, as well as two photodiodes and an electronic unit.
Известен другой класс профилометров, в основу работы которых положен метод фазомодулирующий интерферометрии. Профилометры этого типа включают интерферометр, в одном из плеч которого установлена опорная пластина, а в другой исследуемый образец. Для осуществления измерений разность хода интерферирующих лучей модулируют и преобразуют интерференционную картину в фотоэлектрический сигнал, после чего информацию о профиле поверхности извлекают из фазовой компоненты детектируемого сигнала. Для получения интерференционной картины используют монохроматическое излучение. Фазомодулирующие профилометры отличаются типами используемых интерферометров (интерферометр Майкельсона, объектив Миро и др. ), применением разных типов модуляции (синусоидальная, пилообразная), конкретным выполнением отдельных элементов оптических схем. Another class of profilometers is known whose operation is based on the phase-modulating interferometry method. Profilometers of this type include an interferometer, in one of the arms of which a support plate is installed, and in the other test sample. To carry out the measurements, the difference in the path of the interfering rays is modulated and the interference pattern is converted into a photoelectric signal, after which information about the surface profile is extracted from the phase component of the detected signal. Monochromatic radiation is used to obtain an interference pattern. Phase modulating profilometers differ in the types of interferometers used (Michelson interferometer, Miro lens, etc.), the use of different types of modulation (sinusoidal, sawtooth), and the specific implementation of individual elements of optical circuits.
Известен профилометр такого типа, обеспечивающий сравнительно высокую точность измерений (λ/500-λ/1000) (Osami Sasaki, Hirokazu Okazaki, Appl. Opt. 1986, v. 25, N 18, 3137). Он содержит источник излучения (лазер), интерферометр Майкельсона, в одном из плеч которого установлен исследуемый образец, а в другом референтная пластина, закрепленная на пьезоэлектическом элементе, а также CCD матрицу для регистрации сигнала. Known profilometer of this type, providing a relatively high measurement accuracy (λ / 500-λ / 1000) (Osami Sasaki, Hirokazu Okazaki, Appl. Opt. 1986, v. 25, N 18, 3137). It contains a radiation source (laser), a Michelson interferometer, in one of the arms of which the test sample is installed, and in the other a reference plate fixed to the piezoelectric element, as well as a CCD matrix for signal registration.
Недостатком этого профилометра и других профилометров такого типа, а также профилометров гетеродинного типа является высокий уровень дифракционных пространственных шумов (спеклов), связанных с высокой пространственной когерентностью монохроматического излучения, и свойственный всем оптическим устройствам, использующим лазерное излучение. Кроме того, поскольку в этом профилометре модуляция осуществляется путем перемещения либо опорной, либо исследуемой пластины с помощью пьезоэлектрического элемента, то линейный размер исследуемой поверхности ограничен техническими характеристиками используемого пьезоэлемента и не может превышать 100 мкм. The disadvantage of this profilometer and other profilometers of this type, as well as heterodyne type profilometers, is the high level of spatial diffraction noises (speckles) associated with the high spatial coherence of monochromatic radiation, and characteristic of all optical devices using laser radiation. In addition, since in this profilometer the modulation is carried out by moving either the support or the test plate using a piezoelectric element, the linear size of the test surface is limited by the technical characteristics of the piezoelectric element used and cannot exceed 100 microns.
И, наконец, третий большой класс профилометров это профилометры, работа которых основана на формировании пучка излучения, сфокусированного на поверхности исследуемого образца. Мерой отклонения от плоскости в профилометрах такого типа является степень расфокусировки изображения. Такие профилометры отличаются типом используемого источника излучения (монохроматические и источники белого света), оптическими схемами формирования сфокусированных пучков, способом оценки расфокусировки и т.д. Например, известен профилометр (F. Quercioli, et al, Opt. Eng. 1988, v 27, N 2, 135), содержащий источник белого света, диафрагму, коллиматор и хроматическую линзу, в фокусе которой расположен исследуемый образец. Профилометр содержит также монохроматор, образованный хроматической линзой, диспергирующим элементом и фокусирующей линзой, на выходе которого установлена линейка фотодиодов. And, finally, the third large class of profilometers is profilometers, the operation of which is based on the formation of a beam of radiation focused on the surface of the sample under study. A measure of deviation from the plane in this type of profilometer is the degree of defocus of the image. Such profilometers differ in the type of radiation source used (monochromatic and white light sources), optical schemes for the formation of focused beams, the method for evaluating defocus, etc. For example, a profilometer (F. Quercioli, et al, Opt. Eng. 1988, v 27, N 2, 135) is known that contains a white light source, a diaphragm, a collimator and a chromatic lens, in the focus of which the studied sample is located. The profilometer also contains a monochromator formed by a chromatic lens, a dispersing element and a focusing lens, at the output of which a line of photodiodes is installed.
Ограничения точности измерения плоскостности для профилометров такого типа связаны с тем, что оценка микронеровностей осуществляется по интенсивности отраженного от исследуемой поверхности излучения, причем результат измерения зависит от отражающих и рассеивающих свойств отдельных участков исследуемой поверхности, в связи с чем точность измерения не может превышать нескольких микрон. Limitations of the accuracy of flatness measurement for profilometers of this type are related to the fact that microroughness is estimated from the intensity of radiation reflected from the surface under investigation, and the measurement result depends on the reflecting and scattering properties of individual sections of the surface under study, and therefore the measurement accuracy cannot exceed several microns.
Ближайшим аналогом разработанного оптического профилометра по совокупности сходных существенных признаков является оптический профилометр (патент США N 4,641,971, МПК G 01 B 9/02, 1987), который трудно отнести к какому-либо из приведенных выше классов оптических профилометров. Он содержит последовательно расположенные на оптической оси источник белого света и интерферометр, обеспечивающий формирование по меньшей мере двух лучей белого света, причем одной из пластин интерферометра является исследуемый образец, а другой референтная пластина, и цветную телевизионную (TV) камеру. Между источниками белого света и входом TV-камеры установлен согласованный оптический фильтр. Три входа TV-камеры подключены к блоку обработки, выход которого соединен с регистратором, в качестве которого используют монитор. Регистратор связан также с TV-камерой. The closest analogue of the developed optical profilometer by the set of similar essential features is an optical profilometer (US patent N 4,641,971, IPC G 01 B 9/02, 1987), which is difficult to attribute to any of the above classes of optical profilometers. It contains a white light source and an interferometer sequentially located on the optical axis, which ensures the formation of at least two white light beams, one of the plates of the interferometer is the sample under study, the other is a reference plate, and a color television (TV) camera. A matched optical filter is installed between the white light sources and the input of the TV camera. Three inputs of the TV-camera are connected to the processing unit, the output of which is connected to the recorder, which is used as a monitor. The recorder is also connected to a TV-camera.
Недостатком этого профилометра является низкая точность, обусловленная тем, что его работа основана на сравнении интенсивности интерференционной картины в трех участках спектра с помощью трех различных приемников, с использованием для этого стандартной TV-камеры. Поэтому точность профилометра ограничена возможно достижимой интенсивностью амплитудных характеристик каналов приемников, которая у современных TV-камер не превышает 1% Кроме того, как известно, максимальный динамический диапазон существующих цветных TV-камер составляет 252 уровня. Очевидно поэтому, что предельная точность этого профилометра не может превышать λ/200. The disadvantage of this profilometer is its low accuracy, due to the fact that its operation is based on comparing the intensity of the interference pattern in three parts of the spectrum using three different receivers using a standard TV camera. Therefore, the accuracy of the profilometer is limited by the possibly attainable intensity of the amplitude characteristics of the receiver channels, which for modern TV cameras does not exceed 1%. In addition, as is known, the maximum dynamic range of existing color TV cameras is 252 levels. Therefore, it is obvious that the limiting accuracy of this profilometer cannot exceed λ / 200.
Однако проблемы измерения и контроля с гораздо более высокой точностью, а именно с точностью, сравнимой с размерами атомов и молекул, характерны для многих современных технологических процессов. Прежде всего такие методы контроля необходимы для научных целей и для создания оптических приборов сверхвысокого пространственного, а также спектрального разрешений. Особенно остро эти проблемы возникают при создании приборов для дистанционного оптического зондирования, в частности оптического зондирования астрономических объектов. В настоящее время чувствительность фотоприемников со счетом фотонов позволяет обнаруживать эффекты, вызывающие изменение характеристик светового излучения порядка 10-4 10-6 от их номинальных значений. Простые оценки показывают, что реализация этих возможностей связана с необходимостью создания элементов, обладающих той же степенью однородности и стабильности. По утверждению специалистов созданию необходимых технологий в основном препятствует отсутствие соответствующих средств измерений и контроля. Сфера приложений субнанометровых измерительных приборов в настоящее время охватила не только научные, но и большое количество практических областей. Наиболее очевидным примером использования таких приборов для прикладных целей является область микроэлектроники. С появлением этих приборов связывают создание микроэлектронных устройств последнего поколения, которые должны совершить, по мнению ученых, революцию в электронной технике.However, the problems of measurement and control with much higher accuracy, namely with accuracy comparable to the sizes of atoms and molecules, are characteristic of many modern technological processes. First of all, such control methods are necessary for scientific purposes and for the creation of optical instruments of ultrahigh spatial and spectral resolutions. These problems are especially acute when creating devices for remote optical sensing, in particular optical sensing of astronomical objects. At present, the sensitivity of photodetectors with photon counting makes it possible to detect effects that cause changes in the characteristics of light radiation of the order of 10 -4 10 -6 from their nominal values. Simple estimates show that the realization of these capabilities is associated with the need to create elements that have the same degree of uniformity and stability. According to experts, the creation of the necessary technologies is mainly hindered by the lack of appropriate measuring and control tools. The scope of applications of subnanometer measuring devices currently covers not only scientific, but also a large number of practical areas. The most obvious example of the use of such devices for applied purposes is the field of microelectronics. The appearance of these devices is associated with the creation of microelectronic devices of the latest generation, which should, according to scientists, revolutionize electronic technology.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, повышение точности при разработке оптического профилометра для бесконтактного метрологического обеспечения субнанометровых технологий. Thus, the problem to which the present invention is directed is to increase accuracy in the development of an optical profilometer for non-contact metrological support of subnanometer technologies.
Сущность изобретения заключается в том, что разработанный оптический профилометр так же, как и известный, содержит расположенный на оптической оси источник белого света и интерферометр, включающий на выходе объектив и обеспечивающий формирование по меньшей мере двух лучей белого света, и регистратор, управляющий вход которого соединен с синхронизатором. Одной из пластин интерферометра является исследуемый образец, а другой референтная пластина. The essence of the invention lies in the fact that the developed optical profilometer, as well as the known one, contains a white light source and an interferometer located on the optical axis, including an objective at the output and providing the formation of at least two white light beams, and a recorder, the control input of which is connected with synchronizer. One of the plates of the interferometer is the test sample, and the other is the reference plate.
Новым в разработанном оптическом профилометре является то, что в него дополнительно введены установленные последовательно на оптической оси за интерферометром спектрограф и координатоуказатель. Интерферометр и спектрограф установлены с возможностью перемещения друг относительно друга с помощью исполнительного механизма плоскости изображения исследуемой поверхности и входа спектрографа в указанной плоскости. Вход спектрографа оптически связан с чувствительным элементом координатоуказателя, выход которого подключен к монитору. Управляющий вход исполнительного механизма соединен с синхронизатором. New in the developed optical profilometer is that it additionally includes a spectrograph and a coordinate indicator mounted sequentially on the optical axis behind the interferometer. The interferometer and spectrograph are mounted to move relative to each other using the actuator of the image plane of the investigated surface and the spectrograph input in the specified plane. The spectrograph input is optically connected to a sensitive element of the coordinate indicator, the output of which is connected to the monitor. The control input of the actuator is connected to the synchronizer.
В частном случае интерферометр выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо, на входе которого установлен первый коллиматор, а в фокальной плоскости первого коллиматора установлено поворотное зеркало. In a particular case, the interferometer is made in the form of a Fabry-Perot interferometer, at the input of which a first collimator is installed, and a rotary mirror is installed in the focal plane of the first collimator.
В другом частном случае спектрограф включает в себя последовательно установленные на оптической оси световод, вход которого является входом спектрографа, второй коллиматор, диспергирующий элемент и фокусирующую линзу, фокальная плоскость которой является выходом спектрографа. In another particular case, the spectrograph includes a waveguide sequentially mounted on the optical axis, the input of which is the input of the spectrograph, a second collimator, a dispersing element and a focusing lens, the focal plane of which is the output of the spectrograph.
Оптический профилометр может включать согласованный оптический фильтр, расположенный между источником белого света и координатоуказателем. The optical profiler may include a matched optical filter located between the white light source and the coordinate indicator.
В разработанном оптическом профилометре введение установленных последовательно на оптической оси за интерферометром белого света спектрографа и координатоуказателя с возможностью перемещения с помощью исполнительного механизма друг относительно друга плоскости изображения исследуемой поверхности и входа спектрографа в указанной плоскости обеспечивает построение на фоточувствительном элементе координатоуказателя спектров излучений, соответствующих в совокупности изображению профиля исследуемой поверхности. Координатоуказатель, динамический диапазон которого составляет 106, обеспечивает измерение положений максимумов спектров изображения интерферограммы исследуемой поверхности, причем положения максимумов построенных спектров соответствуют положению энергетического центра светового пятна на фоточувствительном элементе координатоуказателя. Поскольку при "просмотре" изображения исследуемой поверхности при изменении спектрального состава излучения изменяется пространственное положение энергетического центра светового пятна на фоточувствительном элементе координатоуказателя, соответствующее изменение напряжения на выходе координатоуказателя, регистрируемого синхронно с взаимным относительным перемещением плоскости изображения исследуемой поверхности и входа спектрографа в указанной плоскости, соответствует профилю исследуемой поверхности. Это и обеспечивает достижение необходимого технического результата повышение точности измерений до значений не менее λ/1000. Другим достигаемым техническим результатом является возможность исследования поверхностей существенно больших размеров (порядка 1 м), чем это позволяют другие известные профилометры, так как размер исследуемой поверхности ограничен только мощностью используемого источника света. Это позволяет использовать разработанный оптический профилометр для бесконтактных измерений при метрологическом обеспечении субнанометровых технологий.In the developed optical profiler, the introduction of a spectrograph and a coordinate indicator mounted sequentially on the optical axis behind a white light interferometer with the possibility of moving, using the actuator relative to each other, the image plane of the investigated surface and the spectrograph input in the specified plane ensures the construction of radiation spectra on the photosensitive element of the coordinate indicator, together the image profile of the investigated surface. The coordinate indicator, the dynamic range of which is 10 6 , provides the measurement of the positions of the maxima of the image spectra of the interferogram of the investigated surface, and the positions of the maxima of the constructed spectra correspond to the position of the energy center of the light spot on the photosensitive element of the indicator. Since when “viewing” the image of the investigated surface with a change in the spectral composition of the radiation, the spatial position of the energy center of the light spot on the photosensitive element of the coordinate indicator changes, the corresponding change in voltage at the output of the coordinate indicator, recorded simultaneously with the relative relative displacement of the image plane of the studied surface and the spectrograph input in the specified plane, corresponds to the profile of the investigated surface. This ensures the achievement of the required technical result, increasing the accuracy of measurements to values of at least λ / 1000. Another achievable technical result is the ability to study surfaces of substantially larger dimensions (of the order of 1 m) than other known profilometers allow, since the size of the test surface is limited only by the power of the light source used. This allows you to use the developed optical profilometer for non-contact measurements with metrological support of subnanometer technologies.
На чертеже приведена структурная схема разработанного оптического профилометра. The drawing shows a structural diagram of the developed optical profiler.
Оптический профилометр содержит последовательно расположенные на оптической оси источник 1 белого света и интерферометр 2, включающий на выходе объектив 3 и обеспечивающий формирование по меньшей мере двух лучей белого света, при этом одной из пластин интерферометра 2 является исследуемый образец 4, а другой референтная пластина 5. The optical profiler contains a white light source 1 and an interferometer 2 sequentially located on the optical axis, including an objective 3 at the output and providing the formation of at least two white light beams, while one of the plates of the interferometer 2 is the test sample 4 and the other is a reference plate 5.
В качестве интерферометра 2 может быть использован любой интерферометр, удовлетворяющий вышеуказанным требованиям. В конкретной реализации, представленной на фиг. 1, интерферометр 2 выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо, на входе которого установлен первый коллиматор 6, а в фокальной плоскости коллиматора 6 установлено поворотное зеркало 7. As the interferometer 2 can be used any interferometer that meets the above requirements. In the specific implementation of FIG. 1, the interferometer 2 is made in the form of a Fabry-Perot interferometer, at the input of which the first collimator 6 is installed, and a rotary mirror 7 is installed in the focal plane of the collimator 6.
Выход интерферометра 2 оптически связан со спектрографом 8, при этом интерферометр 2 и спектрограф 8 установлены с возможностью перемещения с помощью исполнительного механизма 9 друг относительно друга плоскости изображения исследуемой поверхности и входа спектрографа 8 в указанной плоскости. Выход спектрографа 8 оптически связан с координатоуказателем 10, выход которого подключен к регистратору 11, а управляющий вход исполнительного механизма 9 соединен с синхронизатором 12. The output of the interferometer 2 is optically connected to the spectrograph 8, while the interferometer 2 and the spectrograph 8 are mounted with the possibility of moving with the help of the actuator 9 relative to each other the image plane of the investigated surface and the input of the spectrograph 8 in this plane. The output of the spectrograph 8 is optically coupled to a coordinate indicator 10, the output of which is connected to the recorder 11, and the control input of the actuator 9 is connected to the synchronizer 12.
В качестве спектрографа 8 может быть использован спектрограф любого типа. В конкретной реализации (фиг. 1) спектрограф 8 содержит последовательно установленные на оптической оси световод 13, вход которого является входом спектрографа 8, второй коллиматор 14, диспергирующий элемент 15 и фокусирующую линзу 16, фокальная плоскость которой является выходом спектрографа 8. As a spectrograph 8, any type of spectrograph can be used. In a specific implementation (Fig. 1), the spectrograph 8 comprises a light guide 13 sequentially mounted on the optical axis, the input of which is the input of the spectrograph 8, a second collimator 14, a dispersing element 15 and a focusing lens 16, the focal plane of which is the output of the spectrograph 8.
Оптический профилометр может включать согласованный оптический фильтр 17, расположенный между источником 1 белого света и координатоуказателем 10. В конкретной реализации по фиг. 1 согласованный оптический фильтр 17 установлен в интерферометре 2 перед объективом 3. The optical profiler may include a matched optical filter 17 located between the white light source 1 and the coordinate indicator 10. In the specific implementation of FIG. 1, a matched optical filter 17 is installed in the interferometer 2 in front of the lens 3.
Расстояние между пластинами 4, 5 интерферометра 2 в случае, когда согласованный оптический фильтр 17 в оптическом профилометре отсутствует, устанавливается порядка длины волны центральной части видимого спектра. The distance between the plates 4, 5 of the interferometer 2 in the case when a matched optical filter 17 is absent in the optical profilometer, the order of the wavelength of the central part of the visible spectrum is set.
При введении согласованного оптического фильтра 17 в оптический профилометр указанное ограничение на расстояние между пластинами 4, 5 отсутствует, однако ширина полосы пропускания согласованного оптического фильтра 17 должна быть согласована с расстоянием между пластинами 4, 5 интерферометра 2. Согласованный оптический фильтр 17 может быть выполнен в виде интерференционного фильтра. When a matched optical filter 17 is introduced into the optical profiler, there is no such restriction on the distance between the plates 4, 5, however, the bandwidth of the matched optical filter 17 must be consistent with the distance between the plates 4, 5 of the interferometer 2. The matched optical filter 17 can be made in the form interference filter.
Исполнительный механизм 9 в конкретной реализации подключен к входу световода 13 (не показано) и должен обеспечивать перемещение входа световода 13 в плоскости изображения исследуемой поверхности, формируемой объективом 3 интерферометра 2. В качестве исполнительного механизма 9 может быть использован, например, исполнительный механизм любого двухкоординатного самописца. The actuator 9 in a particular implementation is connected to the input of the optical fiber 13 (not shown) and must provide movement of the input of the optical fiber 13 in the image plane of the investigated surface formed by the lens 3 of the interferometer 2. As an actuator 9, for example, the actuator of any two-coordinate recorder can be used .
В качестве координатоуказателя 10 может быть использован координатоуказатель энергетического центра светового пятна (авт.св. СССР N 1106425, 1965). Фоточувствительный элемент координатоуказателя 10 должен быть расположен в выходной плоскости спектрографа 8. As the coordinate indicator 10 can be used the coordinate indicator of the energy center of the light spot (ed. St. USSR N 1106425, 1965). The photosensitive element of the coordinate indicator 10 should be located in the output plane of the spectrograph 8.
Синхронизатор 12 предназначен для обеспечения синхронной работы исполнительного механизма 9 и регистратора 11. В качестве синхронизатора 12 может быть использован, например, генератор типа Г6-15. The synchronizer 12 is designed to ensure synchronous operation of the actuator 9 and the recorder 11. As a synchronizer 12 can be used, for example, a generator of type G6-15.
Диспергирующий элемент 15 может быть выполнен в виде призмы. The dispersing element 15 may be made in the form of a prism.
Оптический профилометр работает следующим образом. Optical profilometer works as follows.
Расходящийся пучок излучения от источника 1 белого света падает на коллиматор 6 интерферометра 2. Параллельный пучок излучения, сформированный коллиматором 6, освещает пластины 4, 5 интерферометра 2. Интерферометр 2 формирует интерференционную картину, которая с помощью первого коллиматора 6 фокусируется на поворотном зеркале 7 интерферометра 2. A diverging beam of radiation from a white light source 1 falls onto the collimator 6 of the interferometer 2. The parallel radiation beam formed by the collimator 6 illuminates the plates 4, 5 of the interferometer 2. The interferometer 2 forms an interference pattern, which, using the first collimator 6, focuses on the rotary mirror 7 of the interferometer 2 .
В случае, когда согласованный оптический фильтр 17 отсутствует, излучение, спектр которого соответствует выбранной длине волны, поступает на поворотное зеркало 7 и далее на объектив 3, который строит изображение поверхности исследуемого образца 4 в интерферирующих лучах на входе спектрографа 8. In the case when there is no matched optical filter 17, the radiation, the spectrum of which corresponds to the selected wavelength, is transmitted to the rotary mirror 7 and then to the lens 3, which builds an image of the surface of the sample 4 in the interfering rays at the input of the spectrograph 8.
В частном случае, когда оптический профилометр содержит согласованный оптический фильтр 17, последний выделяет выбранный участок спектра излучения, поступающего с поворотного зеркала 7, а объектив 3 также, как и в предыдущем случае, строит изображение исследуемой поверхности пластины 4 в интерферирующих лучах на входе спектрографа 8. In the particular case, when the optical profiler contains a matched optical filter 17, the latter selects the selected portion of the spectrum of the radiation coming from the rotary mirror 7, and the lens 3 also, as in the previous case, builds an image of the investigated surface of the plate 4 in the interfering rays at the input of the spectrograph 8 .
Поскольку длины волн, соответствующие максимумам интерференционной картины однозначно связаны с расстоянием между пластинами 4, 5 интерферометра 2, то спектральный состав излучения в каждой точке изображения, построенного объективом 3, также однозначно определяется исследуемой поверхности. Since the wavelengths corresponding to the maxima of the interference pattern are uniquely related to the distance between the plates 4, 5 of the interferometer 2, the spectral composition of the radiation at each point of the image constructed by the lens 3 is also uniquely determined by the surface under study.
При перемещении с помощью исполнительного механизма 9 входа световода 13 в плоскости изображения исследуемой поверхности световод 13 передает излучение соответствующего спектрального состава на вход второго коллиматора 14. Второй коллиматор 14 осуществляет формирование параллельного пучка излучения, поступающего с выхода световода 13. Диспергирующий элемент 15 обеспечивает угловое расщепление по длинам волн излучения, поступающего с второго коллиматора 14. Фокусирующая линза 16 преобразует угловое распределение излучения в пространственное, т.е. строит спектр излучения, поступающего на ее вход с диспергирующего элемента 15, на фоточувствительном элементе координатоуказателя 10. Координатоуказатель 10 осуществляет измерение положения максимума построенного спектра, которое соответствует положению энергетического центра светового пятна на фоточувствительном элементе координатоуказателя 10. Если при перемещении с помощью исполнительного механизма 9 входа световода 13 в плоскости изображения исследуемой поверхности изменяется спектральный состав излучения, то изменяется и пространственное положение энергетического центра светового пятна на фоточувствительном элементе координатоуказателя 10. Напряжение, формируемое на выходе координатоуказателя 10, соответствует пространственному положению энергетического центра светового пятна на фоточувствительном элементе, поэтому изменение последнего вызывает изменение указанного напряжения. Напряжение с выхода координатоуказателя 10 подается на синхронизированный синхронизатором 12 с исполнительным механизмом 9 регистратор 11, шкала которого предварительно соответствующим образом прокалибрована. Таким образом, изменение напряжения, регистрируемого регистратором 11, соответствует профилю исследуемой поверхности. When the input of the fiber 13 is moved using the actuator 9 in the image plane of the surface under study, the fiber 13 transmits radiation of the corresponding spectral composition to the input of the second collimator 14. The second collimator 14 forms a parallel beam of radiation from the output of the fiber 13. The dispersing element 15 provides angular splitting along the wavelengths of radiation coming from the second collimator 14. The focusing lens 16 converts the angular distribution of radiation into spatial th, that is, builds a spectrum of radiation arriving at its input from the dispersing element 15, on the photosensitive element of the coordinate indicator 10. The coordinate indicator 10 measures the position of the maximum of the constructed spectrum, which corresponds to the position of the energy center of the light spot on the photosensitive element of the coordinate indicator 10. If, when moving using the actuator 9, the input the fiber 13 in the image plane of the investigated surface changes the spectral composition of the radiation, it changes and simple the spatial position of the energy center of the light spot on the photosensitive element of the coordinate indicator 10. The voltage generated at the output of the coordinate indicator 10 corresponds to the spatial position of the energy center of the light spot on the photosensitive element, therefore, a change in the latter causes a change in the indicated voltage. The voltage from the output of the coordinate indicator 10 is supplied to the recorder 11 synchronized by the synchronizer 12 with the actuator 9, the scale of which is previously calibrated accordingly. Thus, the change in voltage recorded by the recorder 11, corresponds to the profile of the investigated surface.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94036724A RU2085843C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94036724A RU2085843C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94036724A RU94036724A (en) | 1996-07-27 |
| RU2085843C1 true RU2085843C1 (en) | 1997-07-27 |
Family
ID=20161148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94036724A RU2085843C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2085843C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005110665A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Yuri Konstantinovich Nizienko | Method for material laser cutting |
| RU178298U1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-03-29 | Богдан Валентинович Соколенко | Profiler |
-
1994
- 1994-09-30 RU RU94036724A patent/RU2085843C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4641971, кл. G 01 B 9/02, 1987. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005110665A1 (en) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Yuri Konstantinovich Nizienko | Method for material laser cutting |
| RU178298U1 (en) * | 2017-08-03 | 2018-03-29 | Богдан Валентинович Соколенко | Profiler |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94036724A (en) | 1996-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4802765A (en) | Differential plane mirror having beamsplitter/beam folder assembly | |
| US4869593A (en) | Interferometric surface profiler | |
| US4594003A (en) | Interferometric wavefront measurement | |
| KR100322938B1 (en) | Superheterodyne interferometry and method for compensating the refractive index of air using electronic frequency multiplication | |
| US4652131A (en) | Method and apparatus for making a contact-free measurement of the actual position and of the profile of a coarse surface | |
| US4422764A (en) | Interferometer apparatus for microtopography | |
| Wyant et al. | Advances in interferometric optical profiling | |
| US4693605A (en) | Differential plane mirror interferometer | |
| US4752133A (en) | Differential plane mirror interferometer | |
| EP0498541A1 (en) | Interferometric laser profilometer | |
| EP0226658A1 (en) | Method and arrangement for optically determining surface profiles | |
| JPS6125282B2 (en) | ||
| US4802764A (en) | Differential plane mirror interferometer having beamsplitter/beam folder assembly | |
| US8269980B1 (en) | White light scanning interferometer with simultaneous phase-shifting module | |
| CN208704671U (en) | A kind of fast illuminated whole audience white light interference micro-measurement apparatus | |
| US4848908A (en) | Optical heterodyne roughness measurement system | |
| Wu et al. | A novel design for fiber optic interferometric fringe projection phase-shifting 3-D profilometry | |
| North-Morris et al. | Phase-shifting multiwavelength dynamic interferometer | |
| Yokoyama et al. | Real-time and high-resolution absolute-distance measurement using a two-wavelength superheterodyne interferometer | |
| US4747688A (en) | Fiber optic coherence meter | |
| EP0239506A2 (en) | Differential plane mirror interferometer | |
| Helen et al. | Analysis of spectrally resolved white light interferograms: use of a phase shifting technique | |
| RU2085843C1 (en) | Optical roughness indicator | |
| US20130250383A1 (en) | Apparatus for multi-wavelength holographic imaging | |
| EP2535679A1 (en) | Improvements in or relating to interferometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121001 |