SU1597543A1 - Дифракционное устройство дл измерени ширины элементов топологического рисунка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности за счет компенсации посто нной составл ющей дифракционного сигнала и за счет автоматической коррекции положени  элемента топологического рисунка, расширение области применени  за счет обеспечени  возможности измерений при большей степени интеграции топологического рисунка независимо от уровн  прозрачности его элементов. Устройство состоит из лазера 1, приемной телескопической системы, состо щей из объектива 4 и линзы 5, диафрагмы 6, расположенной в плоскости изображений приемной телескопической системы координатно-чувствительного фотоприемника 7, оптически св занного с диафрагмой 6, аналого-цифрового преобразовател  11, вычислительного блока 12 и приводов 27 и 28. Приводы 27 и 28 перемещают измер емый топологический рисунок до достижени  сигнала с фотоприемника 7 максимальной амплитуды, что соответствует заданному положению элемента топологического рисунка. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к контроль но измеритель-ной технике и может: быть использовано дл  контрол .шири нь1 элементов топологического рисунка Цель изобретени  повышение точ ности-за. счет компенсации посто нной составл ющей дифракционного сигнала и за счет автоматической коррекции положени  элемента топологического рисунка JI расширение области примене ни  за счет обеспечени  возможности измерений при большей степени ии теграции топологического рисунка не зависимого от уровн  оптической про зрачности его элементов

На чертеже изображена блок схема дифракционного устройства

Дифракционное устройство состоит из схемы формировани  параллельного пучка, выполненной в виде оптически св занных лазера 1, линзы 2, свето делител  3 и объектива 4,линзы 5, объектив 4 и линза 5 составл ют при емную телескопическую систему, диа фрагмы 6, расположенной в простран стве изобрал;ений приемной телескопи ческой.системы на ее оси, координат но чувствительного фотоприемника 7, оптически св занного с диафрагмой 6, блока предварительной обработки сигналов фотоприемника, выполненно го в виде последовательно соединен ных дифференциального усилител  8, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 7, управл емого усилител  .9, аналогового коммутатор 10, аналого цифрового преобразовате л  11, вычислительного блока 12, входного регистра 13, цифроаналогов to преобразовател  14 а усилител  15, выход которого подключен к уп равл ющему входу усилител  9, усили тел  16, включенного, мевду выходом фотоприемника 7 и вторым входом ком мутатора 10 и пocлef oвaтeльнo соеди

ненных входного регистра 17, вход которого подключен к выходу блока 12 цифроаналогового преобразовател  18 и усилител  19, выход которого под ключен к второму входу усилител  8, блока управлени  коррекцией положе ни , выполненного в виде последова тельно соединенных входного регистра 20, вход которого подключен к выходу блока 12, цифроаналогового преобразо вател  21 и усилител  22, и поспедо- вательно соединенных входного регист ра 23, вход которого подключен к вы ходу блока 12, цифроаналогового пре образовател  24 и усилител  25,объек тодержател  26, привод 27 смешени  объектодержател  в плоскости предме тов, вход которого подключен к выхо ду усилител  22, и привода 28 сме щени  объектодержател  вдоль опти ческой оси, вход которого подключен к выходу усилител  25«

Устройство работает следующим об разом.

При проведении измерений излучени с выхода лазера 1 проходит линзу 2, отражаетс  от светоделител  3 в на правлении объектива 4 и облучает из мер емый объект, наход щийс  на объектодержателе 26« Выбор измер емо го элемента, грубое совмещение его с облучающим пучком и с плоскостью предметов производ тс  до начала измерений и контролируютс  с помо щью телевизионного монитора через канал визуального наблюдени  (не показан). Возникающа - при облучении измер емого элемента монохроматичес КИМ пучком коллимированного лазер ного излучени  расход ща с  дифра гированна  волна проходит через объектив 4,  вл ющийс  входным дл  приемной телескопической системы, затем проходит сквозь светоделитель 3 и линзу 5 приемной телескопической

системы. При выходе з линзы 5 ди фрагированна  волна становитс  схо д щейс  и, если измер еьпзш элемент находитс  в плоскости предметов приемной телескопической системы, то в плос1 ости, сопр женной с костью предметов,,строитс  изобра жёние измер емого элемента, после чего дифрагированна  волна вновь расходитс . Диафрагма 6 расположена, в плоскости, сопр женной с плоское тью предметов приемной телескопичес кой системы, и ее отверстие,.нахо д щеес  на оси телескопической сис TjeMbi,. не создает апертурных ограни чений дл  построени  в указанной плоскости изображени  измер емого элемента. Отклонение положени  по верхности измер емого элемента, от плоскости предметов приемной теле скопической системы приводит к строению изображени  измер емого элемента вне отверсти  диафрагмы 6,что вызывает, апертурное ограничение прО ход щего через нее лучистого потока и снижение интенсивности дифракцион ных максимумов на приемной п оверх ности координатно- чувствительноги фо-топриемника 7.

Таким образом, после грубого . совмещени  измер емого элемента с облучающим пучком и с плоскостью ц предметов приемной -телескопической системы на выходе фотоприемника 7 по вл етс  электрический сигнал, со держащий фоновую составл ющую. Затем по команде, вводимой в вычислитель- ньм блок 12 извне (вспомогательные цепи, шины управлени  режимом работы аналогового коммутатора 10, регист ров 13, -17, 20 и 23, тактовых км пульсов преобразователей 11, 14, 1.8, 21 и 24, синхроимпульсов фотоприем ника 7 и цепи питани  не показаны), последний вырабатывает двоичный код, который записываетс  в регистры 20 и 23, преобразуетс  в анал оговый элект рический сигнал цифроаналоговыми пре образовател ми 21 и 24, усиливаетс  усилител ми 22 и 25 и в виде посто н ных уровней напр жени  прикладывает с  к входам приводов 27 и .28 Выход ной сигнал фотоприемника 7, соот ветствующий установленному режиму приводов 27 и 28, поступает на вход усилител  16 и через аналоговый ком мутатор 10 на вход аналого цифрово го преобразовател  11 и далее в

1597543

0

цифровой-форме записьшаетс  в па м ть вычислительного блока 12, Сна чала производитс  совмещение плос кости измер емого элемента с плос костью предметов приемной телескопи ческой системы. Дл  этого вычисли тельный блок 12 подает на вход ре гистра 23 двоичный код, аналоговый эквивалент которого обладает неболь шим приращением по сравнению с уров нем напр жени , ранее установленным на входе привода 28, Соответствую щий новому положению привода 28 вы ходной сигнал фотоприемника 7 вновь усиливаетс  усилителем 16 и, снова проход  элементы 10 и II, заноситс  в пам ть вычислительного блока 12, где на основании полученных данных

0 и данных предыдущего цикла вычисл  етс  производна  изменени  сигнала фотоприемника 7 за один шаг смелце ни  измер емого элемента. Знак производной указьшает на то, в каком

5 направлении следует вести изменение положени  измер емого элемента,Описанный цикл повтор етс  далее несколько раз до получени  численного значени  производной ниже некоторой заранее обусловленной величины,после чего уровень напр жени  на входе привода 28 остаетс  неизменным, а вычислительный блок 12 переходит на обработку совмещени  продольной оси измер емого элемента с центром кол- лимированного пучка. Дл  этого, по аналогии с предыдущими циклами, йа вход регистра 20 подаетс  двоичный код, измен ющий уровень напр жени  на входе привода 27, что вызывает смещение измер емого элемента на заданное зд1ачение, а соответствующий новому положению измер емого элемента выходной сигнал фотоприемника 7

г вновь проходит усилитель, коммутатор 10 и преобразователь 11 и в форме двоичного кода заноситс  в пам ть вычислительного блока 12, По результатам сравнени  предыдущего и посту-

Q пающего сигналов вычислительный блок рассчитывает производную и, сравнива  ее с заранее обусловленной величиной , либо начинает следую.щий шаг совмещени  продольной оси измер емого элемента с центром коллимированного пучка, либо переходит к выполнению операции измерени .

На первом этапе измерений вычислительный блок 12 фиксирует в своей

0

5

0

оперативной пам ти двоичные значе ки  ординат наибольшего максимума M«Kc наименьшего минимума выходного сигнала фотоприемника 7 и устанавливает на входе регистра 17 код, соответствующий , а на вхо де регистра 13 код соответствую щий результат у вычислени  по формуле

и„ с /и,«кс и«нн где UH«. - ВЫХОД ное напр жение усилител  9 в режиме насьщени . Далее, указанные коды преобразуютс  в аналоговые эквива ленты с -помощью цифроаналоговых пре образователей 14 и 18, а затем полу ченный посто нный по уровню сигнал усиливаетс  усилител ми 15 и 19. В этот период работы устройства анало говьй коммутатор 10 устанавливает по второму входу высокоимпедансное со сто ние и открывает первый вход, Уси литель 8, на втором входе которого установлен уровень с выхода-уси лител  19, производит аналоговое вычитание из выходного сигнала фото приемника 7 з начени  U „н и усиление разно.стного сигнала Усилитель 9 обеспечивает размах выходного нала.от нул  до уровн  насыщени  в широком диапазоне изменени - уровн  вьгходного сигнала фотоприемника бла года р  тому, что посто нное смешение подаваемое на управл ющий вход с в ьг- хода усилител  15, зависит обратно, пропорционально от размаха вьгходного сигнала фотоприемника (1), Прохождение сигнала с выхода усили тел  9 через аналоговый коммутатор 10 и аналого-цифровой преобразовав тель 11 в вычислительный блок 12 ни-- чем не отличаетс  от прохождени  сигнала с выхода усилител  16 в пе риоды, предшествующие изме рению и в первой фазе измерени  Вычислитель ный блок 12 заносит двоичные коды, соответствующие выходному сигналу усилител  9, в пам ть и производит расчет положений х. минимумов ди фракционной картины по формуле

- j - пор док минимума; х. коор дината в единицах шкалы фотоприем ника 7 элементарной точки i на распределении интенсивности в ди фракционной картине,и( f(х ; ); и --значение напр жени  на выходе уси лител  9, соответствующее меньшему из двух максимумов, лежащих по обеим сторонам от искомого минимума j - пор дка в дифракционной картине . . .

Окончательное вычисление ширины измер емого.топологического элемента производитс  в вычислительном блоке 12 на основании известной дл  выбранного-диапазона измерений обратно пропорциональной , зависимости между шириной элемента и шагом следовани  дифракциойных минимумов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Дифракциодное устройство дл  из-. мерени  ширины элементов -топологического рисунка, содержащее схему формировани  параллельного пучка, приемную телескопическую систему, координатно-чувствительный фотопри- емник, оптически св занный с приемной телескопической системой, блок предварительной обработки сигналов фотоприемника, вычислительный блок, электрически св занный с блоком предварительной обра ботки сигналов., диафрагму , расположенную между приемно телескопической системой соосно с ней и фотоприемником, и. объектодер жатель о т л.и ч а ю щ е.е с   тем, что, с целью повьш ени  точности и расширени  области применени  путем .обеспечени  возможности измерений при большей степени интеграции топологического рисунка независимо оТ уровн  оптической прозрачности его элементов, оно снабжено блоком управлени  приводами, выполненным в виде двух электрически св занных по. входам цифроаналоговых преобра зова- телей, объектодержатель вьшолнен с приводом смещени  в плоскос.ти предметов приемной телескопической системы и с приводом смещени  вдоль оси приемной телескопической системы входы приводов электрически св заны С выходами блока управлени  приводами соответственно, блок предвариу тельной обработки сигналов фотопри- емника выполнен в виде последова- тельно соединенных дифференциального усилител , первый вход которого электрически св зан с выходом фото- прием,ника, управл емого усилител , аналогового коммутатора, второй вход которого электрически св зан с выходом фотоприемника, и аналого-цифро-

   9 159754310

   вого преобразовател , выход котороготелескопической системы, а вычисли

    вл етс  выходом блока третьего ительный блок выполнен с цифровым уп

   четвертого цифроаналоговых преобразо-равл ющим выходом, подключенньм к

   вателей, выходы которых подключены кцифроаналоговым преобразовател м бловторому входу дифференциального ка управлени  приводами и блока предлител  и управл ющему входу управл е варительной обработки сигналов фото

   мого усилител , диафрагма расположе приемника на в плоскости изображений приемной