DE2624717A1

DE2624717A1 - Automatic polarisation analysis appts. - has two optical modulators controlled by square wave AC

Info

Publication number: DE2624717A1
Application number: DE19762624717
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kaizawa; Toshiyuki Kasai; Kanagawa Kawasaki; Sakuji Watanabe; Tadaaki Yamamoto
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1977-12-15

Abstract

The automatic polarisation analysis system has alight source (1) and a collimator lens system (2) followed by a monochromatic filter (3) passing light of 546 m u. There is a polariser whose optical axis is rotatable, it is driven by a servomotor. The polariser is followed by a quarter wave plate (2). The test sample (5) follows the quarter wave plate and is followed by a light modulating crystal (6). This is controlled by AC from a switching network (11). A square wave is produced. The first crystal (6) is followed by a quarter wave plate (7), a second crystal modulator (6') and an analyser (8). Lenses (9) focus the light onto a photocell (10).

Description

Automatische Polarisationsanalysier-Vorrichtung Automatic polarization analyzer

Die Er findung bezieht sich auf eine automatische Polarisationsanalysier-Vorrichtung, insbesondere auf eine solche Vorrichtung, bei der eine Lageabweichung als Folge totgangbehafteter Systemteile auskorrigiert ist.The invention relates to an automatic polarization analyzer, in particular on such a device in which a positional deviation as a result system parts with backlash is corrected.

Bei einer automatischen Steuervorrichtung gilt allgemein, daß bei einer Zunahme der Steuerempfindlichkeit Schwingungen im steuernden System wie Motoren, Getriebe usw. auftreten.In an automatic control device, it is generally true that at an increase in the control sensitivity to vibrations in the controlling system such as motors, Transmission etc. occur.

Um dieses zu vermeiden, sind bisher in solche Systeme Totgangzonen eingeführt worden, die auf den automatischen Steuerbetrieb nicht ansprechen. In ähnlicher Weise führte bei automatischen Polarisationsanalysier-Vorrichtungen (Ellipsometer) die Gegenwart solcher Totgangzonen zur Erzeugung von Lageabweichungen, die eine hohe Genauigkeit bei der Winkelanzeige (Azimuth- und Phasenwinkel) unmöglich machten.In order to avoid this, there have been lost motion zones in such systems up to now have been introduced that do not respond to the automatic control mode. In similarly resulted in automatic Polarization analyzers (Ellipsometer) the presence of such backlash zones to generate positional deviations, which a high accuracy in the angle display (azimuth and phase angle) is impossible did.

Im Hinblick hierauf wird durch die Erfindung eine automatische Polarisationsanalysier-Vorrichtung bereitgestellt, bei der ein elektrisches Resetsignal entsprechend der Lageabweichung, die von der Gegenwart einer Totgarigzone während der automatischen Steuerung herrührt, in einen Winkel umgesetzt werden kann, dessen Wert dem von der automatischen Steuerung festgestellten Winkelanzeigewert addiert werden kann, wodurch die Genauigkeit der Winkelangabe und damit die Totgangzone (insbesondere im Interesse einer Schwingungsunterdrückung) erhöht werden kann, ohne daß hierbei die Genauigkeit der Winkelangabe reduziert würde, wodurch auch die Lebensdauer des Steuers:lstems erhoht wird.In view of this, the invention provides an automatic polarization analyzer provided with an electrical reset signal corresponding to the positional deviation, resulting from the presence of a dead zone during automatic control, can be converted into an angle whose value is that of the automatic control determined angle reading can be added, thereby increasing the accuracy of the Angle specification and thus the dead zone (especially in the interest of vibration suppression) can be increased without reducing the accuracy of the angle specification which would also increase the lifespan of the tax system.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine automatische Polarisationsanalysier-Vorrichtung mit einem optischen System zur Polarisationsanalysierung bereitgestellt. Hierbei sind zwei in dem optischen System angeordnete Lichtmodulatoren zum gleichzeitigen Modulieren zweier Polarisationsvariablen durch zwei verschiedene Wechselspannungssignale vorgesehen, wobei die beiden Variablen den Polarisationszustand einer Probe bestimmen. Weiterhin dient eine Lichtempfangseinrichtung zum fotoelektrischen Umsetzen des aus dem optischen System austretenden Lichtes. Außerdem sind zwei Synchron-Gleichrichterschaltungen vorgesehen, deren Eingangssignale jeweils in Phase mit dem je zugeordneten der beiden Wechselspannungssignale sind, um das Ausgangssignal der Lichtempfangseinrichtung in durch die beiden Wechselspannungssignale zu modulierende Signale aufzuteilen und diese modulierten Signale gleichzurichten, Weiterhin sind zwei Servomotoren vorgesehen, die die Ausgangs signale der jeweils entsprechenden Synchron-Gleichrichterschaltungen erhalten, um zwei Elemente in dem optischen System so zu drehen, daß deren Drehwinkel den beiden Polarisationsvariablen entspricht.Accordingly, the invention provides an automatic polarization analyzer provided with an optical system for polarization analysis. Here are two in the optical System arranged light modulators for simultaneous modulation of two polarization variables by two different ones AC voltage signals are provided, the two variables being the polarization state a sample. Furthermore, a light receiving device is used for photoelectric Converting the light emerging from the optical system. There are also two synchronous rectifier circuits provided, the input signals of which are each in phase with the associated one of the two AC voltage signals are to be the output signal of the light receiving device to be divided into signals to be modulated by the two AC voltage signals and to rectify these modulated signals, there are also two servomotors provided that the output signals of the respective corresponding synchronous rectifier circuits obtained to rotate two elements in the optical system so that their angle of rotation corresponds to the two polarization variables.

Als ein Merkmal der Erfindung sind zwei Gruppen von Umsetzern vorgesehen zum Umsetzen eines elektrischen Lageabweichungs-Signals entsprechend einer von den beiden Servomotoren herrührenden Totgangzone in einen Winkel. Diese beiden Umsetzergruppen benutzen als ihre Eingangssignale die entsprechenden Ausgangs signale der je zugeordneten der beiden Synchron-Gleichrichterschaltungen.As a feature of the invention, two sets of converters are provided for converting an electrical position error signal corresponding to one of the originating from both servomotors Backlash zone at an angle. These Both converter groups use the corresponding output as their input signals signals of the respectively assigned of the two synchronous rectifier circuits.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich aus durch eine Anzeigeeinrichtung für die beiden Polarisationsvariablen der Probe entsprechend den Dreh-Beträgen der beiden Elemente im optischen Polarisationsanalysierungs-System, sowie durch zwei Gruppen von Einrichtungen zum Anzeigen der durch die beiden Umsetzergruppen gelieferten Werte.A further development of the invention is characterized by a display device for the two polarization variables of the sample according to the rotation amounts of the two elements in the optical polarization analysis system, as well as two Groups of devices for displaying those supplied by the two converter groups Values.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verwenden die beiden Lichtmodulatoren als ihre Eingänge die je entsprechenden von zwei zusammengesetzten Wechselspannungssignalen, die je das zugeordnete der beiden Wechselspannungssignale und entsprechende höhere Harmonische umfassen, Eine Filterschaltung liegt zwischen jedem der beiden Synchron-Gleichrichterschaltungen und jedem der Servomotoren, um nur die Komponente höherer Harmonischer zu unterbrechen. Die Umsetzer umfassen zwei zweite Synchron-Gleichrichterschaltungen zum synchronen Gleichrichten der Ausgangs signale vom jeweils entsprechenden der (ersten) Synchron-Gleichrichterschaltungen bei den Frequenzen der Komponenten höherer Harmonischer. Schließlich verwenden Winkelanzeigeschaltungen als ihre Eingangssignale die Ausgangssignale der jeweils entsprechenden zweiten Synchron-Gleichrichterschaltungen und die Ausgangs signale der entsprechenden Filterschaltungen.In a further embodiment of the invention, the two use Light modulators as their inputs are the respective corresponding of two composite ones AC voltage signals, each of which is assigned to the two AC voltage signals and corresponding higher harmonics, a filter circuit is between each of the two synchronous rectifier circuits and each of the servomotors to to interrupt only the component of higher harmonics. The translators include two second Synchronous rectifier circuits for synchronous rectification the output signals from the respective corresponding one of the (first) synchronous rectifier circuits at the frequencies of the components of higher harmonics. Finally, use angle indicator circuits as their input signals the output signals of the respectively corresponding second Synchronous rectifier circuits and the output signals of the corresponding filter circuits.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer automatischen Polarisationsanalysier-Vorrichtung entsprechend der Erfindung; Fig. 2, 3 und 4 verschiedene Spannungsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausfhhrungsform nach Fig. 1; Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 5; Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist eine Lichtquelle l auf, ferner ein Collimator-Lindensystem 2, ein mono chrornatis che s Filter 3 (üblicherweise für 546 mp)> sowie einen Polarisator, der um die optische Achse drehbar ist und mit einem Servomotor 15 in Wirkverbindung steht, wie dieses noch erläutert wird. Weiterhin ist eine 1/4 -Wellenlängenplatte Q vorgesehen, deren Azimuth auf 45° eingestellt ist. Die Probe ist bei 5 angeordnet, die auf irgendeinen gewünschten Azimuth eingestellt ist. Weiterhin ist eine 1/2-Wellenlängenplatte H in Wirkverbindung mit einem Servomotor 15', der gleichfalls später beschrieben wird. Daran anschließend folgt ein Lichtmodulator 6, beispielsweise ein K.D.P. (Kaliummonophosphat)-Kristall, dessen Hauptachsen-Azimuth bei 450 gehalten wird, und an das eine Lichtmodulator-Treibschaliung 11 eine Wechselspannung der Frequenz f (Rechteckwelle A) zuführt. Ein weiterer, ähnlich aufgebauter Li chtmodulator 6' ist mit seinem Hauptachsen-Azimuth unter 45° orientiert, und die Lichtmodulator-Treibschaltung 11 liefert hieran eine Rechteckwelle A' der Frequenz f, die in der Phase gegenüber der vorstehend erwähnten Rechteckwelle A um 90° verschoben ist. Bei 7 ist des weiteren eine 1/4-Wellenlängen-Platte angeordnet, deren Hauptachsen-Azimuth unter 0 0orientiert ist, und die die Phasenmodulation, die durch den Lichtmodulator 6 bewirkt worden ist, in eine Azimuh-Modulation umsetzt. Weiterhin ist ein Analysator 8 vorgesehen, dessen Azimuth bei 900 fixiert ist, ferner ein Kondensor-Linsensystem 9, eine Lichtempfangseinrichtung 10, beispielsweise eine Foto zelle oder dgl., eine Lichtempfangs schaltung 12, sowie eine Synchron-Gleichrichterschaltung 13, die aus dem Fotostrom der Lichtempfangseinrichtung 12 eine Signalkomponente der Frequenz f in Phase mit dem Signal A der Lichtmodulator-Treibschaltung 11 ableitet, und diese Signalkomponente gleichrichtet. Weiterhin ist eine Synchron-Gleichrichterschaltung 13' vorgesehen, die aus dem Fotostrom der Lichtempfangsschaltung 12 eine Signalkomponente der Frequenz f in Phase mit dem Signal A' aus der Lichtmodulator-Treibschaltung 11 ableitet, und diese Signalkomponente gleichrichtet. Ein Servoverstärker 14 dient zur Verstärkung des Ausgangssignals der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 und zur Lieferung des verstärkten Ausgangssignals an den Servomotor 15. Ein Potentiometer 16 steht in Wirkverbindung mit dem Servomotor 15, um ein Signal zu erzeugen, das den Dr eh-Betrag des Polarisators 4 darstellt.The invention is explained in detail below with reference to the drawing; 1 shows a block diagram of an automatic polarization analyzer according to the invention; 2, 3 and 4 different voltage diagrams for explaining the mode of operation of the embodiment according to FIG. 1; Fig. 5 is a block diagram of a second embodiment of the invention; Fig. 6 is a voltage diagram for explaining the operation of the embodiment of Fig. 5; The embodiment shown in FIG. 1 has a light source 1, a collimator linden system 2, a monochromatic filter 3 (usually for 546 mp) and a polarizer that can be rotated around the optical axis and has a servo motor 15 is in operative connection, as will be explained below. Furthermore, a 1/4 wavelength plate Q is provided, the azimuth of which is set to 45 °. The sample is located at 5, which is set to any desired azimuth. Furthermore, a 1/2 wavelength plate H is operatively connected to a servomotor 15 ', which will also be described later. This is followed by a light modulator 6, for example a KDP (potassium monophosphate) crystal, the major axis azimuth of which is kept at 450, and to which a light modulator driving shell 11 supplies an alternating voltage of frequency f (square wave A). Another, similarly constructed light modulator 6 'is oriented with its main axis azimuth at 45 °, and the light modulator drive circuit 11 supplies a square wave A' of frequency f which is shifted in phase by 90 ° with respect to the aforementioned square wave A is. A 1/4 wavelength plate is also arranged at 7, the main axis azimuth of which is oriented below 0 0, and which converts the phase modulation which has been brought about by the light modulator 6 into an azimuh modulation. Furthermore, an analyzer 8 is provided, the azimuth of which is fixed at 900, furthermore a condenser lens system 9, a light receiving device 10, for example a photo cell or the like, a light receiving circuit 12, and a synchronous rectifier circuit 13, which is derived from the photocurrent Light receiving device 12 derives a signal component of frequency f in phase with the signal A of the light modulator drive circuit 11, and rectifies this signal component. Furthermore, a synchronous rectifier circuit 13 'is provided which derives from the photocurrent of the light receiving circuit 12 a signal component of frequency f in phase with the signal A' from the light modulator drive circuit 11, and rectifies this signal component. A servo amplifier 14 serves to amplify the output signal of the synchronous rectifier circuit 13 and to supply the amplified output signal to the servo motor 15. A potentiometer 16 is in operative connection with the servo motor 15 in order to generate a signal which the amount of rotation of the polarizer 4 represents.

Eine Winkelanzeigeschaltung 17 dient zur Anzeige des Azimuth-Winkels mit Hilfe des Signals des Potentiometers 16. In ähnlicher Weise ist ein Servoverstärker 14' vorgesehen, um das Ausgangssignal der Synchron-Gleichrichterschaltung 13' zu verstärken und das verstärkte Ausgangssignal dem Servomotor 15' zuzuführen.An angle display circuit 17 is used to display the azimuth angle with the help of the signal from potentiometer 16. A servo amplifier is similar 14 'provided to the output signal of the synchronous rectifier circuit 13' amplify and feed the amplified output signal to the servo motor 15 '.

Ein Potentiometer 16' steht mit dem Servomotor 15' in Wirkverbindung, um ein Signal zu erzeugen, das den Dreh-Betrag der 1/2-Wellenlängen-Platte H darstellt. Eine Winkelanzeigeschaltung 17' empfängt das Signal des Potentiometers und zeigt dadurch den -Winkel an.A potentiometer 16 'is operatively connected to the servo motor 15' to generate a signal representing the amount of rotation of the 1/2 wavelength plate H. An angle display circuit 17 'receives the signal from the potentiometer and thereby displays the -Angle at.

Die vorstehend beschriebenen Teile 1 bis 17 , 13' bis 17', sowie Q und H bilden zusammen eine übliche Polarisationsanalysier-Vorrichtung 18 zur automatischen Messung zweier Polarisationsvariablen einer Probe. Ebenso bilden die Teile 1 bis 5, 7 bis 9, Q und H ein optisches Polarisationsanalysier-System. Nachstehend ist der automatische Steuerbetrieb einer solchen automatischen Polarisationsanalysier-Vorrichtung 18 beschrieben.The above-described parts 1 to 17, 13 'to 17', and Q and H together form a conventional polarization analyzer 18 for automatic Measurement of two polarization variables of a sample. Likewise, the parts form 1 to 5, 7 to 9, Q and H an optical polarization analyzing system. Below is the automatic control operation of such an automatic polarization analyzer 18 described.

Der Einfachheit halber wird das Ausführungsbeispiel der Erfindung bezüglich der Feststellung einer der beiden Polarisationsvariablen, d. h. des Azimuth-Winkels, beschrieben, da angenommen wird, daß die Feststellung der anderen Polarisationsvariablen in völlig gleicher Weise bewirkt werden kann.For the sake of simplicity, the embodiment of the invention is illustrated with regard to the determination of one of the two polarization variables, d. H. the azimuth angle, since it is assumed that the determination of the other polarization variables can be effected in exactly the same way.

Anfänglich kann - bei noch nicht- eingesetzter Probe 5 und bei noch nicht angelegter Rechteck-Wechselspannung A - die Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Polarisators und dem Ausgangssignal der Lichtempfangsschaltung dargestellt werden durch die Wellenform V0 sin 0, siehe Fig. 2. In dieser Figur stellt die Ordinate eine Spannung V proportional zur Licht menge dar, während auf der Absisse der Drehwinkel 9 des Polarisators 4 angegeben ist. Der Spitzenspannungswert (Amplitude) ist mit V0 angegeben. Hierbei ist angenommen, daß die Position des Polarisators 4 auf null eingestellt ist, wenn die vom Lichtempfangselement 10 empfangene Lichtmenge bei noch nicht eingesetzter Probe ein Maximum ist; und unter diesen Bedingungen wird eine Wechselspannung (Rechteckwelle A) von der Lichtmodulator-Treibschaltung dem Lichtmodulator 6 zugeführt, wonach der Polarisator 4 aus der Null-Stellung heraus in eine gewünschte Winkelstellung 80 gedreht wird. Die nachfolgende Beschreibung beruht auf dieser Annahme. Die Lichtempfangsschaltung 12 erzeugt eine Rechteckspannung (Rechteckwelle B) entsprechend dem empfangenen Licht, die der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 zugeführt wird.Initially - with sample 5 not yet used and with still unapplied square-wave alternating voltage A - the relationship between the angle of rotation of the polarizer and the output of the light receiving circuit by the waveform V0 sin 0, see Fig. 2. In this figure, the ordinate represents a voltage V is proportional to the amount of light, while the angle of rotation is on the absissa 9 of the polarizer 4 is indicated. The peak voltage value (amplitude) is with V0 specified. It is assumed here that the position of the polarizer 4 is zero is set when the amount of light received by the light receiving element 10 is the sample that has not yet been used is a maximum; and under these conditions will an alternating voltage (square wave A) from the light modulator drive circuit fed to the light modulator 6, after which the polarizer 4 out of the zero position is rotated to a desired angular position 80. The following description is based on this assumption. The light receiving circuit 12 generates a square wave voltage (Square wave B) corresponding to the received light that of the synchronous rectifier circuit 13 is supplied.

Das Ausgangssignal der Licht empfangs schaltung (Rechteckwelle B) wird dann in der Synchron-Gleichrichterschaltung 1 3 in eine Gleichstrom-Welle C gleichgerichtet, die das Ausgangssignal für den Servoverstärker 14 (Fig. 1) bildet, dessen Ausgangssignal seinerseits den Servomotor 15 erregt. Ansprechend hierauf wird der Polarisator 4 gedreht, und zwar so lange, bis die von der Lichtempfangsschaltung 12 erzeugte Spannungswellenform eine Gleichspannungs-Welle D ist (Fig. 3b), worauf die Ausgangsspannung der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 verschwindet, um den Servomotor 15 abzuschalten und so eine automatische Steueroperation zu vervollständigen.The output signal of the light receiving circuit (square wave B) is then in the synchronous rectifier circuit 1 3 in a direct current wave C rectified, which forms the output signal for the servo amplifier 14 (Fig. 1), the output signal of which in turn excites the servomotor 15. Responding to this the polarizer 4 is rotated until that of the light receiving circuit 12 generated voltage waveform is a DC voltage wave D (Fig. 3b), whereupon the output voltage of the synchronous rectifier circuit 13 disappears by the Turn off the servo motor 15 to complete an automatic control operation.

Der Polarisator 4 wird also nur um einen Winkel Ho aus der Winkelstellung e0 in die Anfangsstellung 0 gedreht, und die Winkelstellung des Polarisators wird durch die Winkelanzeigeschaltung 17 angegeben.The polarizer 4 is therefore only out of the angular position by an angle Ho e0 rotated to the initial position 0, and the angular position of the polarizer becomes indicated by the angle display circuit 17.

Wird eine Probe vom Azimuth-Winkel 8 in das optische System eingesetzt, so kann die Beziehung zwischen dem Dr ehwinkel des Polarisators und dem Ausgangssignal der Lichtempfangsschaltung dargestellt werden durch die gestrichelte Kurve in Fig. 2. Diese Kurve entspricht der Kurve V0 sin 2# , jedoch um den Betrag 00 längs der Abszisse verschoben, was anzeigt, daß der Polarisator nur um einen Winkel o gedreht wird, wonach die automatische Steueroperation aufhört. Der dann von der Winkelanzeigeschaltung angezeigte Wert ist der Azimuth-Winkel der Kurve.If a sample from azimuth angle 8 is inserted into the optical system, so can the relationship between the twist angle of the polarizer and the output signal of the light receiving circuit are represented by the dashed curve in Fig. 2. This curve corresponds to curve V0 sin 2 #, but by the amount 00 along the The abscissa is shifted, indicating that the polarizer is only rotated through an angle o after which the automatic control operation stops. The then from the angle display circuit the displayed value is the azimuth angle of the curve.

Aus den vorstehend angegebenen Gründen ist jedoch ein derartiges automatisches Steuersystem nicht in der Lage, den Polarisator in seine Anfangsstellung (Position 0) vollständig zurückzudrehen, deshalb kann der genaue Wert des Azimuth-Winkels Ho nicht angegeben werden» wenn die Probe eingesetzt wird. Tatsächlich wird eine Lageabweichung Ol (Fig. 4) erzeugt, und diese verursacht ein hierfür repräsentatives elektrisches Signal in Form einer Rechteckwelle E, die als verbleibender Rest an der Lichtempfangsschaltung 12 festgestellt wird. Deshalb kann das Resetsignal v* (das Lageabweichungssignal) am Ausgangsanschlußpunkt a der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 ausgedrückt werden durch: sin 2 0 . sin 2 2 sin 2 % (V0 sin 2#2) #1 ................ (1).However, for the reasons given above, such an automatic control system is unable to completely rotate the polarizer back to its initial position (position 0), so the exact value of the azimuth angle Ho cannot be given when the sample is inserted. In fact, a positional deviation O1 (FIG. 4) is generated, and this causes an electrical signal representative of this in the form of a square wave E, which is detected as the remaining residue at the light receiving circuit 12. Therefore, the reset signal v * (the position error signal) at the output terminal a of the synchronous rectifier circuit 13 can be expressed by: sin 2 0. sin 2 2 sin 2% (V0 sin 2 # 2) # 1 ................ (1).

Hierbei ist #l << #2 und #2 ist die Amplitude des Lichtmodulationseingangs signals (Rechteckwelle A, von der Lichtmodulator-Treibschaltung 11.Here #l << is # 2 and # 2 is the amplitude of the light modulation input signals (square wave A, from the light modulator driving circuit 11.

Ein Gleichspannungsverstärker 19 ist mit dem ausgangsseitigen Anschlußpunkt a der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 verbunden» um die Restsignalspannung v* zu verstärken, die einer Restsignal-Winkelanzeigeschaltung 20 zum Umsetzen in einen Winkel zugeführt wird. Die Schaltung 20 ist so ausgeführt, daß die nachstehende Beziehung, wie diese gegeben ist durch obige Formel (1), erfüllt ist. A DC voltage amplifier 19 is connected to the output-side connection point a of the synchronous rectifier circuit 13 in order to amplify the residual signal voltage v *, which is fed to a residual signal angle display circuit 20 for conversion into an angle. The circuit 20 is designed so that the following relationship as given by the above formula (1) is satisfied.

Sonach kann durch Aufsummieren des Azimuth-Winkels, wie dieser von der Restsignal-Winkelanzeigeschaltung 20 festgestellt wird, und des Azimuth-Winkels, wie dieser von der oben erwähnten Winkelanzeigeschaltung 17 festgestellt wird, ein Azimuth-Winkel mit auskorrigierter Lageabweichung e1 festgestellt werden.Thus, by adding up the azimuth angle, like that of the residual signal angle display circuit 20 is detected and the azimuth angle, as detected by the above-mentioned angle display circuit 17, a Azimuth angles with corrected positional deviation e1 can be determined.

Alternativ kann die Winkelanzeigeschaltung 17 so ausgelegt sein, daß sie den Azimuth-Winkel mit auskorrigierter Lageabweichung 1 anzeigt.Alternatively, the angle display circuit 17 can be designed so that it shows the azimuth angle with corrected position deviation 1.

Zur Messung der Phasendifferenz, die bisher noch nicht beschrieben worden ist, müssen lediglich die Teile 6, 13, 14, 15, 16, 17, 19 und 20 durch funktionell ähnliche Bauelemente wie ein Lichtmodulator 6', eine Synchron-Gleichrichterschaltung 13 ', ein Servoverstärker 14', ein Servomotor 15', der mit der 1/2-Wellenlängenplatte H in Wirkverbindung steht, ein Potentiometer 16', eine Winkelanzeigeschaltung 17', eine Gleichspannungsverstarkerschaltung 19' und eine Restsignal-Winkelanzeigeschaltung 20' ergänzt werden. In diesem Fall ist jedoch zu beachten, daß die Wechselspannungen (Rechteckwellen A und A'), die den Lichtmodulatoren 6 und 6' zugeführt werden, und notwendigerweise die Steuersignale A undA', die den Synchron-Gleichrichterschaltungen 13 und 13' zugeführt werden, gegeneinander um 900 außer Phase sind, um den Fotostrom der Lichtempfangsschaltung 12 in zwei Ströme für die Synchron-Gleichrichterschaltungen 13 und 13' aufzuteilen, Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die den Lichtmoduals o latoren zugeführten beiden Wechselspannungssignale um 90 außer Phase befindliche Rechteckwellen beschrieben, es können aber dieselben Ergebnisse erhalten werden» wenn zwei Rechteckwellen unterschiedlicher Frequenzen benutzt werden. In diesem Fall müssen ersichtlich die den beiden Synchron-Gleichrichterschaltungen 13 und 13' zugeführten Signale entweder zwei Wechselspannungssignale unterschiedlicher Frequenz oder zwei Signale sein, die identisch in der Phase hierzu sind ( z. B. Sinuswellen).To measure the phase difference, which has not yet been described has been, only parts 6, 13, 14, 15, 16, 17, 19 and 20 have to be functional similar components as a light modulator 6 ', a synchronous rectifier circuit 13 ', a servo amplifier 14', a servo motor 15 'with the 1/2 wavelength plate H is in operative connection, a potentiometer 16 ', an angle display circuit 17', a DC voltage amplifier circuit 19 'and a residual signal angle display circuit 20 'can be added. In this case, however, it should be noted that the alternating voltages (Square waves A and A ') supplied to the light modulators 6 and 6', and necessarily the control signals A and A 'that the synchronous rectifier circuits 13 and 13 'are fed to each other by 900 are out of phase to the photocurrent of the light receiving circuit 12 into two streams for the synchronous rectifying circuits 13 and 13 ', in the present exemplary embodiment they are the light modules The two alternating voltage signals supplied to the two alternators are 90 out of phase Square waves described, but the same results can be obtained » when two square waves of different frequencies are used. In this Case must be seen the two synchronous rectifier circuits 13 and 13 ' supplied signals either two AC voltage signals of different frequencies or two signals that are identical in phase (e.g. sine waves).

Bei der vorstehenden Ausführungsform können eine Verschlechterung der Lichtquelle, eine Absorption des Lichtes durch die Probe, eine Änderung im Reflexionsfaktor während der Polarisationsanalyse durch Reflektion usw. zu einer Änderung des Spitzenspannungswertes V0 in der Lichtempfangsschaltung 12 führen, d.h., daß eine Änderung in der Größe der einfallenden Lichtmenge entsteht. Eine solche Änderung von V0 muß automatisch kompensiert werden, da es sonst unmöglich ist, eine genaue Azimuth-Anzeige zu erhalten. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine solche Kompensationseinrichtung besitzt, ist nachstehend anhand von Fig. 5 beschrieben.In the above embodiment, there may be deterioration the light source, an absorption of the light by the sample, a change in the reflection factor during the polarization analysis by reflection, etc. leads to a change in the peak voltage value V0 in the light receiving circuit 12, i.e. a change in size the amount of incident light. Such a change in V0 must be automatic compensated, otherwise it will be impossible to get an accurate azimuth reading. Another embodiment of the present invention incorporating such a compensation device is described below with reference to FIG. 5.

Die in Fig. 5 dargestellte automatische Polarisationsanalysier-Vorrichtung 21 unterscheidet sich in folgenden Punkten von der Vorrichtung 18 in Fig. 1. Wechselspannungen A und A' der Frequenz f plus ein automatisches Amplitudenkompensationssignal der Frequenz f0 (f xc 0) werden der Lichtmodulator-Triebschaltung 11 zugeführt, so daß eine zusammengesetzte Wechselspannung (zusammengesetzte Welle F) , die das Signal A und das Signal der Frequenz f0 umfaßt, dem Lichtmodulator 6 zugeführt wird. Ein zusammenge setztes Wechsel spannungs signal (zusammengesetzte Welle F'), das das Signal A' und das Signal der Frequenz f umfaßt, wird dem Lichtmodulator 6' zugeführt. Die Lichtempfangsschaltung 12 erzeugt eine modulierte Spannungswellenform (zusammengesetzte Welle G in Fig. 6), die ein Ausgangssignal für die Synchron-Gleichrichterschaltungen 13 und 13' liefert.The automatic polarization analyzer shown in FIG 21 differs in the following points from device 18 in FIG. 1. AC voltages A and A 'of the frequency f plus an automatic amplitude compensation signal the frequency f0 (f xc 0) are fed to the light modulator drive circuit 11, so that a composite alternating voltage (composite wave F), which the Signal A and the signal of frequency f0, the light modulator 6 is supplied. A composite alternating voltage signal (composite wave F ') that the signal A 'and the signal of the frequency f is supplied to the light modulator 6'. The light receiving circuit 12 generates a modulated voltage waveform (composite Wave G in Fig. 6) which is an output signal for the synchronous rectifier circuits 13 and 13 'delivers.

Andererseits erhalten diese beiden Synchron-Gleichrichterschaltungen als ihre Eingänge Rechteckwellen A und A', wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Die nachstehende Beschreibung erfolgt speziell nur auf die Feststellung des Azimuth-Winkels. Nur eine Signalkomponente der Frequenz f des Ausgangssignals (des zusammengesetzten Signals D) wird von der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 gleichgerichtet, um ein Ausgangssignal H der Frequenz f0 zu erhalten (Fig. 5). Ein Tiefpaßfilter 22 dient zur Unterbrechung der Fr equenzkomponente f0 des Ausgangssignals H.On the other hand, these two receive synchronous rectifier circuits as their inputs square waves A and A ', as in the embodiment of Fig. 1. The following description is made specifically on the determination of the azimuth angle only. Only a signal component of the frequency f of the output signal (the composite Signal D) is rectified by the synchronous rectifier circuit 13 to a To obtain output signal H of frequency f0 (Fig. 5). A low-pass filter 22 is used to interrupt the Frequency component f0 of the output signal H.

Ein Abstimmverstärker 23 für die Mittelfrequenz f0 ist mit dem ausgangsseitigen Anschlußpunkt b der Synchron-Gleichrichterschaltung 13 verbunden» und eine Synchron-Gleichrichterschaltung 24 für die Mittelfrequenz f0 ist mit dem Abstimmverstärker 23 verbunden. Hierdurch wird ein automatisches Amplitudenkompensationssignal festgestellt und gleichgerichtet, um ein Ausgangssignal einer Gleichspannungsverstärkuhgswinkelkorrektions schaltung 25 zuzuführen, die ihrerseits mit dem Ausgangsanschlußpunkt d der Tiefpaßfilterschaltung 22 verbunden ist. Die Bezugsziffer 26 bezeichnet eine Restsignal-Winkelanzeigeschaltung.A tuning amplifier 23 for the center frequency f0 is connected to the output side Connection point b of the synchronous rectifier circuit 13 connected and a synchronous rectifier circuit 24 for the center frequency f0 is connected to the tuning amplifier 23. Through this an automatic amplitude compensation signal is detected and rectified, to an output signal of a DC voltage amplification angle correction circuit 25 feed, which in turn with the output connection point d of the low-pass filter circuit 22 is connected. Numeral 26 denotes a residual signal angle display circuit.

Das Prinzip der automatischen Kompensation einer Änderung von V0 sei nun beschrieben. Die Ausgangs spannung E1 am Ausgangsanschlußpunkt c der Synchron-Gleichrichterschaltung 24 für jede gegebene Einfallslichtmenge V1 ist gegeben durch: mitt|#1|<<|#2|-|#3|, #3 gleich der Amplitude des automatischen Amplitudenkompensationssignals (der Frequenz f0), und V1 gleicn einer Spannung proportional zur einfallenden Lichtmenge (d. h. der zu kompensierenden variablen Spannung), Andererseits ist die Ausgangsspannung v*1 am Ausgangsanschlußpunkt d des Tiefpaßfilters 22 gegeben durch Formel (1): v*1 # (V1 sin 2#2)#1 ........................ (3) Im Ergebnis kann V1 eliminiert werden durch die Formeln ( 2) und (3), und man erhält: Sonach ist es durch Entwurf der Gleichspannungsverstärkungswinkelkorrektionsschaltung 25 unter Verwendung der beiden Ausgangsspannungen vtl und E1 als Eingang und der Restsignal-Winkelanzeigeschaltung 26 dergestalt, daß die vorstehende Beziehung 4 erfüllt ist, möglich, den Restazimuth-Winkel festzustellen, wobei V d. h. die Änderung von V0 automatisch kompensiert ist. Sonach kann diese Ausführungsform den Azimuth-Winkel feststellen, bei dem nicht nur die Lageabweichung 81 wie im Falle von Fig. 1- auskorrigiert ist, sondern auch jeglicher Fehler, soweit dieser herrührt von einer Änderung der einfallenden Lichtmenge aufgrund der vorstehend angegebenen Ursachen.The principle of automatic compensation for a change in V0 will now be described. The output voltage E1 at the output connection point c of the synchronous rectifier circuit 24 for any given amount of incident light V1 is given by: with | # 1 | << | # 2 | - | # 3 |, # 3 equal to the amplitude of the automatic amplitude compensation signal (frequency f0), and V1 equal to a voltage proportional to the amount of incident light (ie, the variable voltage to be compensated), on the other hand the output voltage v * 1 at the output terminal d of the low-pass filter 22 is given by formula (1): v * 1 # (V1 sin 2 # 2) # 1 .................. ...... (3) As a result, V1 can be eliminated by the formulas (2) and (3), and one obtains: Thus, by designing the DC gain angle correcting circuit 25 using both the output voltages vtl and E1 as inputs and the residual signal angle display circuit 26 so that the above relationship 4 is satisfied, it is possible to detect the residual azimuth angle, where V, that is, the change in V0 automatically is compensated. Accordingly, this embodiment can determine the azimuth angle at which not only the positional deviation 81 is corrected as in the case of FIG. 1, but also any error insofar as it arises from a change in the amount of incident light due to the causes given above.

Für die Messung der Phasendifferenz, die vorstehend nicht beschrieben worden ist, müssen wiederum lediglich die Teile 6, 13, 14, 15, 16, 17, 22, 23, 24, 25 und 26 ergänzt oder ersetzt werden durch funktionell ähnliche Bausteine, wie Lichtmodulator 6', Synchron-Gleichrichterschaltung 13', Servoverstärker 14', Servomotor 15', der mit der 1/2-Wellenlängenplatte H in Wirkverbindung steht, Potentiometer 16'> Winkelanzeigeschaltung 17', Tiefpaßfilter 22', Abstimmverstärker 23', Synchron-Gleichrichterschaltung 24', Gleichspannungsverstärkungswinkelkorrektinsschaltung 25' und Restsignal-Winkelanzeigeschaltung 26'.For measuring the phase difference, not described above has been, again only parts 6, 13, 14, 15, 16, 17, 22, 23, 24, 25 and 26 can be supplemented or replaced by functionally similar building blocks, such as Light modulator 6 ', synchronous rectifier circuit 13', servo amplifier 14 ', servo motor 15 ', which is in operative connection with the 1/2 wavelength plate H, potentiometer 16 '> angle display circuit 17', low-pass filter 22 ', tuning amplifier 23 ', synchronous rectifier circuit 24', DC voltage gain angle correcting circuit 25 'and residual signal angle display circuit 26'.

Das dem Lichtmodulator 6' zugeführte Signal ist notwendigerweise eine zusammengesetzte Wechselspannung, die eine der dem Lichtmodulator 6 zugeführte Signalkomponente, die 900 außer Phase gegenüber der anderen Signalkomponente der Frequenz f ist, sowie ein automatisches Amplitudenkompensationssignal der Frequenz f0 umfaßt.The signal supplied to the light modulator 6 'is necessarily a composite alternating voltage, which is one of the signal components fed to the light modulator 6, the 900 is out of phase with the other signal component of frequency f, as well includes an automatic amplitude compensation signal of frequency f0.

Sonach kann gemäß der Erfindung das einer Lageabweichung °1 entsprechende elektrische Rest signal, das von der Gegenwart einer Totgangzone herrührt, in einen Winkel umgesetzt werden, und der resultierende Wert kann der von der automatischen Steuerung festgestellten Winkelanzeige hinzugefügt werden, wodurch die Genauigkeit der Winlselanzeige verbessert und darüberhinaus die Totgangzone auch - wie gewünscht - vergrößert. werden kann, ohne daß dabei die Genauigkeit der Winkelanzeige leiden würde.Accordingly, according to the invention, that which corresponds to a positional deviation ° 1 can be used electrical residual signal resulting from the presence of a dead zone into a Angles can be implemented and the resulting value can be that of the automatic Control detected angle display can be added, increasing the accuracy the angle display is improved and, moreover, the backlash zone as well - as desired - enlarged. without affecting the accuracy of the angle display would.

Dieses trägt wiederum zu einer stark erhöhten Lebensdauer des Steuersystems bei.This in turn contributes to a greatly increased service life of the Tax system at.

Des weiteren ist es möglich, Meßfehler zu eliminieren, die von den verschiedenen Faktoren wie Verschlechterung der Lichtquelle, Absorption des Lichtes durch die Pribe selber, Änderung des Reflektionsfaktors während der Polarisationsanalyse durch Reflektion usw. herrühren, wodurch die Genauigkeit der Winkelanzeige noch weiter verbessert wird. Furthermore, it is possible to eliminate measurement errors caused by the various factors such as deterioration of the light source, absorption of the light by the pribe itself, change of the reflection factor during the polarization analysis due to reflection, etc., thereby increasing the accuracy of the angle display is further improved.

Bei der in Fig. 5 gezeigten erfindungsgemaßen Aus£ührungsftrm wird beiden Rechteckspannungen A und A' der Frequenz f ein Amplituden kompensierendes Signal der Frequenz fo hinzugefügt, wodurch ein Mnplitudenkompensationssignal erhalten wird.In the embodiment according to the invention shown in FIG. 5 two square-wave voltages A and A 'of frequency f an amplitude compensating Signal of frequency fo added, whereby a amplitude compensation signal is obtained will.

Fig. 7 zeigt noch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher das kompensierende Signal f0 lediglich der modulierenden Rechteckwelle A zugefügt wird. Die andere modulierende Rechteckwelle A' bleibt unkompensiert. Es hat sich gefunden, daß durch richtige Anordnung der Elemente der Vorrichtung bestimmte Elemente ohne irgendeinen Verlust hinsichtlich der Anzeigegenauigkeit weggelassen werden können.Fig. 7 shows yet another embodiment of the invention, at which the compensating signal f0 only the modulating square wave A is added. The other modulating square wave A 'remains uncompensated. It has been found that certain by correct arrangement of the elements of the device Elements are omitted without any loss in display accuracy can be.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 wird das von einer der beiden Synchron-Gleichrichterschaltungen erhaltene Korrektursignal den Eingängen eines jeden der Korrektionsschaltungen 25 und 25' zugefUhrt. Wie Fig. 7 zeigt, ist der Ausgang der Gleichrichterschaltung 24 mit den Korrektionsschaltungen 25 und 25' gemeinsam verbunden. Nur die Wellenform A muß nun das Kompensationssignal der Frequenz 9 tragen. Die Wellenform A' kann die Form einer einfachen Rechteckwelle haben, wie in Fig. 1.In the arrangement according to FIG. 7, this is done by one of the two synchronous rectifier circuits correction signal obtained to the inputs of each of the correction circuits 25 and 25 'supplied. As Fig. 7 shows, the output of the rectifier circuit is 24 with the correction circuits 25 and 25 ' connected together. Only waveform A must now carry the compensation signal of frequency 9. the Waveform A 'can be in the form of a simple square wave, as in FIG. 1.

Vorteilhafterweise besteht bei der Ausführungsform nach Fig. 7 kein Bedürfnis für ein zweites Tiefpaßfilter, da bei dieser Ausführungsform von der ersten Synchrongleichrichterschaltung 13 keine Hochfrequenzkomponente des Signals ausgeht.There is advantageously no in the embodiment according to FIG Need for a second low-pass filter, since in this embodiment from the first Synchronous rectifier circuit 13 does not emit a high frequency component of the signal.

Uberdies enthält die Ausführungsform nach Fig. 7 keinen Abstimmverstärker und keine zweite Synchrongleichricllterschaltung. Trotzden ist es vorteilhafteise möglich, einen zufriedenstellenden Gesamtkompensationseffekt mit einer verringerten Anzahl Komponenten zu erhalten.In addition, the embodiment of FIG. 7 does not contain a tuning amplifier and no second synchronous equalizer circuit. Nevertheless, it is beneficial possible to have a satisfactory overall compensation effect with a reduced Number of components.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Automatic polarization analyzer with an element that automatically leads to a zero position due to an error signal that a polarization property of a sample to be tested with the device indicates, and which has a backlash zone at the zero position, g e k e n n -z e i c h n e t by a device for measuring the error signal, which when reached the backlash zone remains, and to compensate for the automatic measurement obtained and caused by the backlash zone with the help of the measured Residual error signal.

2. Automatic polarization analyzer with an optical one System for polarization analysis according to Claim 1, g e k e n n n z e i c h n e t by two in the optical System arranged light modulators for simultaneously modulating two polarization variables by two different ones AC voltage signals, where the two variables represent the polarization state of a Determine sample, a light receiving device for photoelectrically converting the light emerging from the optical system, two synchronous rectifier circuits, their input signals are in phase with the respectively assigned of the two alternating voltage signals are to the output signal of the light receiving device in through the two nasal voltage signals to split the signals to be modulated and to rectify these modulated signals, two servomotors that generate the output signals of the respective synchronous rectifier circuits obtained to rotate two elements in the optical system so that their angle of rotation corresponds to the two polarization variables, and two groups of converters for Converting an electrical position error signal according to one of the two Backlash zone resulting from servo motors at an angle

3. Device according to claim 1, in that the two converter groups are used as their Inputs the outputs of the respectively assigned synchronous rectifier circuits use.

4. Apparatus according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t through means for displaying the two polarization variables of the sample accordingly the amounts of rotation of the two elements in the optical polarization analysis system, and by two groups of devices for displaying the messages made by the two groups of translators delivered values.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the two light modulators as their inputs are each the corresponding of two use composite AC voltage signals that correspond to the assigned Both AC signals and associated higher harmonics comprise that one Filter circuit between each of the two synchronous rectifier circuits and each servo motor is located to add only the higher harmonic component suppress, and that the converter device has two second synchronous rectifier circuits for synchronous rectification of the output signals of the associated synchronous rectifier circuits at the frequency components of the higher harmonics, and that angle display circuits As their input signals, the output signals of the respective second rectifier circuits and use the output signals of the associated filter circuits.