RU2085840C1 - Optical roughness indicator - Google Patents
Optical roughness indicator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2085840C1 RU2085840C1 RU94036722A RU94036722A RU2085840C1 RU 2085840 C1 RU2085840 C1 RU 2085840C1 RU 94036722 A RU94036722 A RU 94036722A RU 94036722 A RU94036722 A RU 94036722A RU 2085840 C1 RU2085840 C1 RU 2085840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- interferometer
- measuring
- auxiliary
- white light
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length 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. Использование одного из лучей в качестве опорного и измерения 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. В качестве расщепителей частоты в разных вариантах интерферометров такого типа используются вращающиеся четверти волновые пластинки, ячейки Брегга, вращающийся с постоянной скоростью расщепитель, а также Зеемановский расщепитель для He-Ne лазера. Для повышения точности изменений 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 close 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 investigated surface. 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. Rotating quarters of wave plates, Bragg cells, a splitter rotating at a constant speed, and also a Zeeman splitter for a He-Ne laser are used as frequency splitters in different types of interferometers of this type. To improve the accuracy of changes, a reference beam is often formed, averaged over the surface, for which various optical schemes for its expansion are used.
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), который содержит He-Ne лазер, акусто-оптический модулятор, средства для расширения опорного луча, поляризующий расщепитель, четвертьволновую пластинку, фокусирующую линзу и подвижный стол, на котором расположен исследуемый образец, а также два фотодиода и электронный блок. Despite these measures, the accuracy of heterodyne profilometers is limited to λ / 500 where λ is the wavelength of the radiation used, because of the difficulty in maintaining the difference in close frequencies with high stability. One of the best heterodyne profilometers is a profilometer (US patent N 4,848,908, 1989), which 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 and a movable table, on which the studied sample, as well as two photodiodes and an electronic unit.
Известен другой класс профилометров, в основу работы которых положен метод фазомодулирующей интерферометрии. Профилометры этого типа включают интерферометр, в одном из плеч которого установлена опорная пластина, а в другом 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 method of phase-modulating interferometry. Profilometers of this type include an interferometer, in one of the arms of which a support plate is installed, and in the other, the 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.
Профилометр такого типа, обеспечивающий сравнительно высокую точность измерений (λ/500-λ/1000), известен, например, по Osami Sasaki, Hirokazu Okazaki, Appl. Opt. 1986, v.25, N 18, 3137. Профилометр содержит источник излучения (лазер), интерферометр Майкельсона, в одном из плеч которого установлен исследуемый образец, а в другом референтная пластина, закрепленная на пьезоэлектрическом элементе, а также CCD матрицу для регистрации сигнала. This type of profilometer, providing relatively high measurement accuracy (λ / 500-λ / 1000), is known, for example, from Osami Sasaki, Hirokazu Okazaki, Appl. Opt. 1986, v.25, N 18, 3137. The profilometer 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, также, как 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 пьезоэлектрического элемента и не может превышать 100 мкм. The disadvantage of this profilometer, as well as other profilometers of this type, as well as heterodyne type profilometers, is the high level of diffraction spatial noise (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 investigated plate using a piezoelectric element, the linear size of the investigated surface is limited by the technical characteristics of the used piezoelectric element and cannot exceed 100 microns.
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.п. Например, по F. Quercioli, et al, Opt. Eng. 1988, v.27, N 2, 135 известен профилометр, 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. The third large class of profilometers is profilometers whose operation 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, according to F. Quercioli, et al, Opt. Eng. 1988, v. 27, No. 2, 135, a profilometer is known comprising a white light source, a diaphragm, a collimator and a chromatic lens, in the focus of which is the sample under study. 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 плоскости 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 plane 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 reflective 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, кл. 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 источником 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 in terms of a set of similar essential features is an optical profilometer (US patent N 4,641,971, class 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 source and the TV camera input. 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 идентичностью амплитудных характеристик каналов приемников, которая у современных TV камер не превышает 1% Максимальный динамический диапазон существующих цветных TV камер составляет 252 уровня. 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 achievable identity of the amplitude characteristics of the receiver channels, which for modern TV cameras does not exceed 1%. The maximum dynamic range of existing color TV cameras is 252 levels. The maximum accuracy of this profilometer cannot exceed λ / 200.
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. Такие методы контроля необходимы для научных целей и для создания оптических приборов сверхвысокого пространственного, а также спектрального разрешений. 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 обнаружить 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 оптических 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 таких приборов связывают создание микроэлектронных устройств последнего поколения, которые должны совершать, по мнению ученых, революцию в электронной технике.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. Such control methods are necessary for scientific purposes and for the creation of ultra-high spatial and spectral resolution optical devices. These problems are acute when creating devices for remote optical sensing, in particular, optical sensing of astronomical objects. Currently, the sensitivity of photodetectors with photon counting allows you 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 optical elements with 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. With the advent of such devices, the creation of the latest generation of microelectronic devices, which should, according to scientists, revolutionize electronic technology, is associated.
Задача изобретения разработка оптического профилометра для бесконтактного метрологического обеспечения субнанометровых технологий. The objective of the invention is the development of an optical profilometer for non-contact metrological support of subnanometer technologies.
Сущность изобретения заключается в том, что разработанный оптический профилометр, также, как и известный, содержит расположенные на оптической оси источник белого света и измерительный интерферометр, обеспечивающий формирование по меньшей мере двух лучей белого света, при этом одной из пластин измерительного интерферометра является исследуемый образец, а другой - референтная пластина, а также блок обработки, управляющий вход которого соединен с синхронизатором, а выход подключен к регистратору. 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 a measuring interferometer located on the optical axis, which ensures the formation of at least two white light beams, while one of the plates of the measuring interferometer is a test sample, and the other is a reference plate, as well as a processing unit, the control input of which is connected to the synchronizer, and the output is connected to the registrar.
Новым в разработанном оптическом профилометре является то, что в него дополнительно введены установленные на оптической оси коллиматор, блок сопряжения, вспомогательный интерферометр, объектив и матричный преобразователь светового сигнала в электрический, а также источник управляющих напряжений. Коллиматор установлен за источником белого света, а измерительный и вспомогательный интерферометры установлены между коллиматором и матричным преобразователем светового сигнала в электрический. Блок сопряжения установлен между измерительным и вспомогательным интерферометрами, а объектив установлен на входе матричного преобразователем светового сигнала в электрический. Вход источника управляющих напряжений подключен к синхронизатору, соединенному также с управляющим входом матричного преобразователя светового сигнала в электрический. Выход матричного преобразователя подключен к блоку обработки. Одна из пластин вспомогательного интерферометра выполнена неподвижной, а другая пластина выполнена с возможностью перемещения оптической оси с помощью закрепленного на ней пьезоэлектрического элемента, который соединен с выходом источника управляющих напряжений. Блок обработки выполнен в виде многоканального измерителя фазы. New in the developed optical profiler is that it additionally incorporates a collimator, an interface unit, an auxiliary interferometer, a lens and a matrix converter of the light signal into electric, as well as a source of control voltages. The collimator is installed behind the white light source, and the measuring and auxiliary interferometers are installed between the collimator and the matrix converter of the light signal into electric. The interface unit is installed between the measuring and auxiliary interferometers, and the lens is installed at the input of the matrix light-to-electric converter. The input of the control voltage source is connected to a synchronizer, also connected to the control input of the matrix light-to-electric converter. The output of the matrix converter is connected to the processing unit. One of the plates of the auxiliary interferometer is fixed, and the other plate is made with the possibility of moving the optical axis using a piezoelectric element mounted on it, which is connected to the output of the control voltage source. The processing unit is made in the form of a multi-channel phase meter.
В частном случае измерительный интерферометр выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо. In a particular case, the measuring interferometer is made in the form of a Fabry-Perot interferometer.
В другом частном случае вспомогательный интерферометр выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо. In another particular case, the auxiliary interferometer is made in the form of a Fabry-Perot interferometer.
В третьем частном случае измерительный и вспомогательный интерферометры выполнены в виде интерферометров Фабри-Перо. In the third particular case, the measuring and auxiliary interferometers are made in the form of Fabry-Perot interferometers.
Целесообразно между источником белого света и матричным преобразователем светового сигнала в электрический установить согласованный оптический фильтр. It is advisable to establish a matched optical filter between the white light source and the matrix converter of the light signal into an electric one.
В разобранном оптическом профилометре введение установленных на оптической оси коллиматора, блока сопряжения, вспомогательного интерферометра, объектива и матричного преобразователя светового сигнала в электрический, а также источника управляющих напряжений, позволяет реализовывать сочетание преимуществ оптических устройств, использующих белый свет, а именно, отсутствие дифракционных пространственных шумов (спеклов), и оптических устройств, использующих интерференционно-фазовые методы измерений. 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, чем это позволяют другие известные профилометры, т.к. размер исследуемой поверхности ограничен только конкретной реализацией используемого блока сопряжения. Это позволяет использовать разработанный оптический профилометр для бесконтактных измерений при метрологическом обеспечении субнанометровых технологий. In the disassembled optical profiler, the introduction of a collimator, an interface unit, an auxiliary interferometer, a lens, and a matrix converter of the light signal into an electric one, as well as a source of control voltages, allows combining the advantages of optical devices using white light, namely, the absence of diffraction spatial noise (speckles), and optical devices using interference-phase measurement methods. 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 sizes than other known profilometers allow, because the size of the investigated surface is limited only by the specific implementation of the used interface unit. 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 (см. чертеж) содержит последовательно установленные на оптической оси источник 1 белого света и коллиматор 2, а также установленные на оптической оси измерительный интерферометр 3, обеспечивающий формирование по меньшей мере двух лучей белого света, блок 4 сопряжения, вспомогательный интерферометр 5 и матричный преобразователь 6 светового сигнала в электрический. Одной из пластин измерительного интерферометра 3 является исследуемый образец 7, а другой референтная пластина 8. Измерительный и вспомогательный интерферометры 3, 5 установлены между коллиматором 2 и матричным преобразователем 6 светового сигнала в электрический, а блок 4 сопряжения установлен между измерительным и вспомогательным интерферометрами 3, 5. В конкретной реализации (см. чертеж) измерительный интерферометр 3 установлен за коллиматором 2. The optical profilometer (see drawing) contains a white light source 1 and a collimator 2 sequentially mounted on the optical axis, as well as a measuring interferometer 3 mounted on the optical axis, which ensures the formation of at least two white light beams, a conjugation unit 4, an auxiliary interferometer 5, and a matrix light signal to electric converter 6. One of the plates of the measuring interferometer 3 is the test sample 7, and the other is the reference plate 8. The measuring and auxiliary interferometers 3, 5 are installed between the collimator 2 and the matrix converter 6 of the light signal into electric, and the interface unit 4 is installed between the measuring and auxiliary interferometers 3, 5 In a specific implementation (see drawing), the measuring interferometer 3 is installed behind the collimator 2.
В качестве измерительного интерферометра 3 может быть использован любой интерферометр, удовлетворяющий вышеуказанным требованиям. В конкретной реализации, представленной на чертеже, измерительный интерферометр 3 выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо. В качестве вспомогательного интерферометра 5 может быть использован любой интерферометр. В конкретной реализации, представленной на чертеже, измерительный интерферометр 3 также выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо. Пластина 9 вспомогательного интерферометра 5 выполнена неподвижной, а пластина 10 выполнена с возможностью перемещения вдоль оптической оси с помощью закрепленного на ней пьезоэлектрического элемента 11, который соединен с выходом источника 12 управляющих напряжений. Управляющий вход матричного преобразователя 6 светового сигнала в электрический подключен к синхронизатору 13, соединенному также с входом источника 12 управляющих напряжений и с управляющим входом многоканального измерителя 14 фазы. Выход многоканального измерителя 14 подключен к регистратору 15. На входе матричного преобразователя 6 установлен объектив 16. Между источником 1 белого света и матричным преобразователем 6 установлен согласованный оптический фильтр 17. В конкретной реализации по чертежу, согласованный оптический фильтр 17 установлен между выходом вспомогательного интерферометра 5 и объективом 16. As a measuring interferometer 3 can be used any interferometer that meets the above requirements. In a specific implementation, presented in the drawing, the measuring interferometer 3 is made in the form of a Fabry-Perot interferometer. As an auxiliary interferometer 5, any interferometer can be used. In the specific implementation shown in the drawing, the measuring interferometer 3 is also made in the form of a Fabry-Perot interferometer. The plate 9 of the auxiliary interferometer 5 is fixed, and the plate 10 is movable along the optical axis by means of a piezoelectric element 11 mounted on it, which is connected to the output of the source of control voltages 12. The control input of the matrix transducer 6 of the light signal into an electric one is connected to a synchronizer 13, also connected to the input of a source of control voltages 12 and to a control input of a multi-channel phase meter 14. The output of the multi-channel meter 14 is connected to the recorder 15. At the input of the matrix transducer 6, a lens 16 is installed. A matched optical filter 17 is installed between the white light source 1 and the matrix transducer 6. In a specific implementation according to the drawing, a matched optical filter 17 is installed between the output of the auxiliary interferometer 5 and lens 16.
Блок 4 сопряжений предназначен для сопряжения световых диаметров измерительного и вспомогательного интерферометров 3, 5 и может быть выполнен в виде системы линз. The interface unit 4 is designed to interface the light diameters of the measuring and auxiliary interferometers 3, 5 and can be made in the form of a lens system.
В качестве матричного преобразователя 6 может быть использована стандартная ПЗС-камера. As the matrix Converter 6 can be used with a standard CCD camera.
Расстояния между пластинами 7,8 измерительного интерферометра 3 и между пластинами 9, 10 вспомогательного интерферометра 5 в случае, когда согласованный оптический фильтр 17 в оптическом профилометре отсутствует, устанавливаются кратными друг другу с точностью порядка длины волны центральной части видимого спектра. При введении согласованного оптического фильтра 17 в оптический профилометр указанное ограничение на расстояние между пластинами 7, 8 и 9, 10 отсутствует, однако ширина полосы пропускания согласованного оптического фильтра 17 должна быть согласована с расстоянием между пластинами либо измерительного, либо вспомогательного интерферометров 3, 5. The distances between the plates 7.8 of the measuring interferometer 3 and between the plates 9, 10 of the auxiliary interferometer 5 in the case when there is no matched optical filter 17 in the optical profiler are set to each other with an accuracy of the order of the wavelength of the central part of the visible spectrum. When a matched optical filter 17 is introduced into the optical profiler, there is no such restriction on the distance between the plates 7, 8, and 9, 10, however, the bandwidth of the matched optical filter 17 must be consistent with the distance between the plates of either the measuring or auxiliary interferometers 3, 5.
Объектив 16 предназначен для формирования изображения исследуемой поверхности на фоточувствительной поверхности матричного преобразователя 6. The lens 16 is designed to form an image of the investigated surface on the photosensitive surface of the matrix Converter 6.
Согласованный оптический фильтр 17 может быть выполнен в виде интерференционного фильтра. The matched optical filter 17 may be made in the form of an interference filter.
Источник 12 управляющих напряжений предназначен для изменения оптического промежутка вспомогательного интерферометра 5. The source 12 of the control voltage is designed to change the optical gap of the auxiliary interferometer 5.
Синхронизатор 13 предназначен для обеспечения синхронной работы матричного преобразователя 6, источника 12 управляющих напряжений и блока 14 обработки. В качестве синхронизатора 13 может быть использован, например, генератор типа Г6-15. The synchronizer 13 is designed to provide synchronous operation of the matrix Converter 6, the source 12 of the control voltage and the processing unit 14. As a synchronizer 13 can be used, for example, a generator of the type G6-15.
В качестве многоканального измерителя 14 фазы может быть использовано любое вычислительное устройство, осуществляющее вычисление фазы первой Фурье-гармоники сигнала по его значениям в трех точках, в частности ЭВМ. As a multi-channel phase meter 14, any computing device that calculates the phase of the first Fourier harmonic of a signal from its values at three points, in particular a computer, can be used.
В качестве регистратора 15 может быть использовано любое двухкоординатное регистрирующее устройство (плоттер, двухкоординатный самописец, принтер и т.д.). As the recorder 15 can be used any two-coordinate recording device (plotter, two-coordinate recorder, printer, etc.).
Оптический профилометр по чертежу работает следующим образом. The optical profiler according to the drawing works as follows.
Расходящийся пучок излучения от источника 1 белого света падает на коллиматор 2. Параллельный пучок излучения, сформированный коллиматором 2, освещает пластины 7, 8 измерительного интерферометра 3. Интерферометр 3 формирует Ш-образный спектр излучения, соответствующий его собственной функции пропускания, при этом положения максимумов спектра излучения соответствуют расстояниям между рабочими поверхностями пластин 7, 8 измерительного интерферометра 3, а следовательно, профилю исследуемой поверхности образца 7. Излучение с выхода измерительного интерферометра 3 через блок 4 сопряжения без изменения спектрального состава падает на вспомогательный интерферометр 5. Пластина 10 вспомогательного интерферометра 5 с помощью пьезоэлектрического элемента 11, управляемого источником 12, перемещается вдоль оптической оси по закону управляющего напряжения. Поскольку при этом по тому же закону изменяется разность хода интерферирующих лучей в вспомогательном интерферометре 5, то соответственно меняется положение максимумов функции пропускания спектра вспомогательного интерферометра 5. На фоточувствительной поверхности матричного преобразователя 6 объектив 16 формирует изображение исследуемой поверхности. При этом в каждой точке изображения максимум излучения имеет место в момент совпадения до степени краткости расстояния между пластинами 9, 10 с расстоянием между пластиной 8 и соответствующей точкой поверхности исследуемого образца 7. Поскольку, как известно, фаза первой гармоники сигнала соответствует положению его максимума, то при перемещении пластины 10 вдоль оптической оси на выходе матричного преобразователя 6 формируются сигналы, фазы которых в каждый момент времени определяются расстоянием между пластинами 7, 8 измерительного интерферометра 3, а, следовательно, профилем исследуемой поверхности. Многоканальный измеритель фазы 14 обеспечивает измерение фаз сигналов на выходе каждого элемента матричного преобразователя 6. Регистратор 15 регистрирует полученные значения фаз сигналов, которые соответствуют профилю исследуемой поверхности. The diverging radiation beam from the white light source 1 falls onto the collimator 2. The parallel radiation beam formed by the collimator 2 illuminates the plates 7, 8 of the measuring interferometer 3. The interferometer 3 forms a U-shaped emission spectrum corresponding to its own transmission function, while the positions of the spectrum maxima radiation correspond to the distances between the working surfaces of the plates 7, 8 of the measuring interferometer 3, and therefore, to the profile of the studied surface of the sample 7. Radiation from the output of the meter interferometer 3 through the block 4 of the pair without changing the spectral composition falls on the auxiliary interferometer 5. The plate 10 of the auxiliary interferometer 5 using the piezoelectric element 11, controlled by the source 12, moves along the optical axis according to the law of the control voltage. Since in this case, according to the same law, the difference in the path of interfering rays in the auxiliary interferometer 5 changes, the position of the maxima of the transmission function of the spectrum of the auxiliary interferometer 5 accordingly changes. On the photosensitive surface of the matrix transducer 6, the lens 16 forms an image of the surface under study. In this case, at each point in the image, the maximum radiation occurs at the moment of coincidence, to the degree of brevity, of the distance between the plates 9, 10 with the distance between the plate 8 and the corresponding point on the surface of the test sample 7. Since, as is known, the phase of the first harmonic of the signal corresponds to the position of its maximum, then when the plate 10 is moved along the optical axis, signals are generated at the output of the matrix transducer 6, the phases of which at each moment of time are determined by the distance between the plates 7, 8 of the measuring interface interferometer 3 and, therefore, investigated surface profile. A multi-channel phase meter 14 provides a measurement of the phases of the signals at the output of each element of the matrix Converter 6. The registrar 15 registers the obtained values of the phases of the signals that correspond to the profile of the investigated surface.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94036722A RU2085840C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94036722A RU2085840C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94036722A RU94036722A (en) | 1996-07-27 |
| RU2085840C1 true RU2085840C1 (en) | 1997-07-27 |
Family
ID=20161147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94036722A RU2085840C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Optical roughness indicator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2085840C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2491505C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of determining surface roughness |
-
1994
- 1994-09-30 RU RU94036722A patent/RU2085840C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4641971, кл. G 01 B 9/02, 1987. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2491505C1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of determining surface roughness |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94036722A (en) | 1996-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100322938B1 (en) | Superheterodyne interferometry and method for compensating the refractive index of air using electronic frequency multiplication | |
| US4869593A (en) | Interferometric surface profiler | |
| US4422764A (en) | Interferometer apparatus for microtopography | |
| JP3273501B2 (en) | Apparatus and method for measuring variation in refractive index of gas in measurement path | |
| EP0226658B1 (en) | Method and arrangement for optically determining surface profiles | |
| EP0144510A1 (en) | Interferometric wavefront measurement | |
| US4480916A (en) | Phase-modulated polarizing interferometer | |
| US20040061867A1 (en) | Method and device for high-speed interferential microscopic imaging of an object | |
| US4139304A (en) | Methods and apparatus for measuring variations in distance to a surface | |
| US10883817B2 (en) | Method for full-field measurement using dynamic laser doppler imaging | |
| US8269980B1 (en) | White light scanning interferometer with simultaneous phase-shifting module | |
| US4848908A (en) | Optical heterodyne roughness measurement system | |
| JP2000180124A (en) | Apparatus and method for measuring geometric thickness and refractive index of sample | |
| US11561081B2 (en) | Method for full-field measurement using dynamic laser doppler imaging | |
| Wu et al. | A novel design for fiber optic interferometric fringe projection phase-shifting 3-D profilometry | |
| Helen et al. | Analysis of spectrally resolved white light interferograms: use of a phase shifting technique | |
| Debnath et al. | Optical profiler based on spectrally resolved white light interferometry | |
| RU2085840C1 (en) | Optical roughness indicator | |
| RU2085843C1 (en) | Optical roughness indicator | |
| Zhang et al. | Spatiotemporal phase unwrapping and its application in fringe projection fiber optic phase-shifting profilometry | |
| JPH11281313A (en) | Heterodyne interference method for white-light | |
| RU2060475C1 (en) | Method of measurement of harmonic oscillation amplitudes | |
| US20230069087A1 (en) | Digital holography metrology system | |
| JPH0742084Y2 (en) | Surface shape measuring instrument | |
| SU767508A1 (en) | Interference comparator for measuring plane-parallel rod gage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121001 |