Устройство для определения границ интерференционных полос

.РЕСПУБЛИК 21/ ГОС ПО ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСИОМУ.СВИДЕТЕЛЬСТ ЕТЕНИ(71) Институт электроники АНВелоруссйбй ССР(54).(57 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕГРАНИЦ ИННТЕРФЕРЕНЦИОННМХ ПОЛСдержащее последовательно распные щелевую диаФрагму, двуплетерферометр с противогазной нройкой, ограничительную диагорму и фотоприемнико о т л и ч тво СССР о СССР978ДЕЛЕНИИсооложенчий инастага ю щ е 801017980 А,е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены расположен- ные между целевой диафрагмой я интерферометром центапризма, одна из отражающих граней которой полупроз; рачна, а входная грань параллельна щелевой диафрагме, и два оптичеекй связанных плоских зеркалаодно яз которых расположено непосредственно за выходной гранью пентаприэмй под углом 45 к ней,а другое, параЛлельо но полупрозрачной грани пентапризмю при этом оптические оси плеч интерФерометра смещены одна.относительно другой на величийу, не превышающую третьей части размере щелевойдиафрагмы, а размер ограничитель- Я ной диаФрагмы не превьваает двух третьих размера щелевоя. диафрагмы.Изобретение отнОсится к техничеенкой физике и может быть использованодля определения границ раздела свет-,лого и темногб полей элементов иэображений,Известно устройство для определения границ полосы, содержащее.диф"Ференциальную диафрагму, систему сов.мещения световых потоков, состоящуюиэ отклоняющего и полупрозрачногозеркал, фотоприемник 1Однако в этом устройстве на точность определеьия границ. интерференционных полос влияет отноаитель"ный сдвиг щелей диафрагмы в направлении сканирования и размытость границ раздела светлого и темного по.лей иэображения. Кроме этого, устройство не позволяет регистрироватьграницы интерференционных полос,имеющих малые размеры в направлениисканирования.Наиболее близким к изобретениюявляется интерференционное устройст-..во, содержащее последовательно расположенные щелевую диафрагму, двуплечий интерферометр с противбфазнойнастройкой,.ограничительную диафрагму и фотоприемник 2 1Однако точность определения.гра-.ниц полос этим устройством ограничена и определяется длительностью.Фронтов треугольного светового импульса (вершина которого соответфтвует прохождению границы полосыосевой линии щелевой диафрагмы),зависящей от ширины щелевой диафрагмы вдоль направления сканирования иравной ее половине.Целью изобретения является повы- .шение точности определения границэлементов изображениф,Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее последовательно расположенные щелевуюдиафрагму, двуплечий интерферометрс противофазной настройкой, ограничительную диафрагму и фотоприемник,введены расположенные между щелеьойдиафрагмой и интерферометром пентаприз.ма,одна нэ отраженных граней которойполупрозрачна, а входная грань параллельна щелевой диафрагме,. и дваоптически связанных плоских зеркала,одно из которых расположено непосредственно за выходной гранью,пентапризмы под углом 45 ок ней, адругое - параллельно полупрозрачнойграни пентапризмы, при этом оптические оси плеч интерферометра смещены одна. относительно другой навеличину, не превышающую третьейчасти размера щелевой диафрагмы,а размер ограничительной диафрагмыне превышает двух третьих размеращелевой диафрагмы.. На фиг. 1 приведена оптическаясхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диафрагма изменения ре=эультирующего светового потока взависимости от положения границы .сканируемого элемента иэображенияотносительно щелевой диафрагмы,5 Устройство содержит щелевую,диафрагму 1, пентапризму 2 с одной полупрозрачной отражающей граньюплоские зеркала 3 и 4, двуплечий интерферометр 5, состоящий из светодели 10 теля б, плоских зеркал 7 и 8 и полупрозрачного зеркала 9, ограничительную диафрагму 10 и Фртоприемних11 .Диафрагма 1 расположена. в плосд 5 кости сканируемого изображения.,образованного сколлимированным когерентным монохроматическим световымпотоком. За диафрагмой 1 расположенапентаприэма 2 с одной полупрозрачной отражающей гранью таким образом, что ее вхоДная грань перпендикулярна световому потоку, прошедшемучерез диафрагму. Плоское. зеркало3 расположено под углом 450 к. выходной грайи пентапризмы 2, а зеркало 4 - параллельно ее полупрозрачной грани, Светоделитель б ин,терферометра 5 расположен на пути:Плоские. зеркала 7 и 8 установлены параллельно. светоделителю 6 напути прошедших через светоделительи отразившихся от него световых по 35 токов. Этими зеркалами потокисовмещаются аа полупрозрачном зеркале9, причем разность их хода равна нечетному чйслу полуволн используемого когерентного монохпоматическо 4 О го света Оптические оси плеч интерферометра 5 смещены одна относи.тельно другой на величину 6 Х путемлинейного перемещения на такое жерасстояние зеркала 7 вдоль оптичес 4 кой оси соответствующего плеча,вследствие чего совмещаемые на полупрозрачном зеркале 9 световые -потоки,формирующие результирующий .световойпоток, распространяются по.одномуи тому же направлению и имеют сечения, смещенные друг относительнодруга на величину.дХ. Ограничительная диафрагма 10 установлена эа интерферометром 5 на пути результирующего светового потока, причем макси- .мальная. ее ширина 2 меньше ширинымсксБ щелевой диафрагмы 1 (в .направлениисканирования) на величйну 1 Х линейного смещения сечений световых потоков,,совмещаемых полупрозрачйым зеркаломбО 9 Фотоприемник 11 расположен за ограничительной диафрагмой 10,Устройство работает следующим образом,При перемещении вдоль оси" Х граб 5 ницы элемента изображения относительно шелевой диафрагмы 1 за ней Фор- совмешаются и попарно интегрируют мируется световой поток, по сечению между собой иэображения элемента, к то срого перемешается изображение . сформированные световыми потоками границы, светлого и темного палей. А и А, В и В . Из-за противофазной Этот световой поток попадает в пен- настройки интерферометра 5 .интенсивтапризму 2.и ее полупрозрачной отра ность тех участков сечения результижающей гранью делится на .два пучка, руюшего светового потока, где попаР-. один иэ которых распространяется за . но перекрываются изображения, сфорпентапризмой, а другой, претерпевая мированные потоками А и А , В еше одно отражение на второй грани (осуществляется двухлучевая интеР пеитаприэмы 2, направляется перпен ференция), равна кулю. Поэтому иа дикулярно первому. . участке перемешения Х,-Х грМИцмЗеркалами 3 и 4 этот пучок на-сканируемого элемента.изображения правляется на полупрозрачную отра- величина результирующего светового ,жаюшую грань пентапризмы 2, где он потока остается постоянной. Полсже.совмешается с первым пучком, про ние точки х 2 на оси Х определяется шедшим через эту грань призмы. та- моментом встречи на полупрозрачном кнм образом, за призмой 2 формиру- зеркале 9 изображеиий, сформирован- ется световой поток., в сечении ко- ных световыми потоками А и В. торого наблюдается встречное движение Перемешение границы элемента отчки Х совпадающей: г аницы. светлого и темного полей 2 О точки х до точки хз сканируемого щелевой.диафрагмой 1с осевой линией диафрагмы 1, р - гр1 пи:изображения. Попадая в интерферометр водит к появлению Участка сечения 5, этот поток амплитудно делится на результирующего световово потока, . .два потока, совмешаемых в противофазе на котором интерферируют между собой с линейным смешением их сечений на 25 лучи А и В. Величина этого участ.величину дХ на полупрозрачном зеркале ка изменяется при этом от нуля до 9. .дХ и,;так как интенсивность резуль-,Таким образом, в. общем случае на тируюшего светового. потока на этом полупрозрачном.зеркале 9 совмещаются участке равна нулю из-за разности .и интерферируют между собой четыре хода интерферируюших лучей, равнойЗОьэ екогерентиых монохроматических све- . нечетному числу полуволн испольэуветовой товых пучка. Результирующий световой мого света, результируюший светово поток, получаемый .йри этом, через поток,. попадаюший нафотоприемник 11, ограничительную диафрагму попадает .линейно изменяется от максимального ,на фотоприемйик 11, осушествляющий значения до нуля, Так.как на полу 35. п оз ачном зеркале 9 происходит.вст ечное движение иэображений граего ФОтоэлектрическое преобразование, З 5 прозРачном зерка р д Реэультируюшим световым потоком за встречное движ ни . эо Р ;р - огранйЧитедьной диафрагмой является, ницы контролируемогни конт олир емого элемента, изФдоток сеченйе: которого принадлежит. менению величины участка интерфеен ии л чей Аи В от нуля до дХ- одйовремейно. четырем световым пучкам, Ренции лучей у4 О соответствует линейное перемещение его форм РуюшРассмотрим различные этапы пе-. границы элемента отФагмы 1 на дХ/2( т.е.величина отремешения,вдоль осиХ границы. разде- рагмы 1 н / ( ла светлого и темного полей изобра- Резка Х 2-ХЗ Р д /Х -Х авна д Х/2).Минимальнои сительн 6 шелевой .диафрагмы го значения результирующий свето- .1 и"величину:результирующего свето- . 45 вой поток достигает в .ваго потока, попадающего при .этом да на полупрозра р.на по и оз чном зеркале 9 встрена фотоприемник: 11; .тятся изображения границы элемени ов нные л чами А и Ви и перемещений границы раздела та, сформированные лучами А и Ври емПе емешение границы элемента относи- вдольдйаФрагйы 1 на полупрозраЧ-. Перемещение гр ницы ном"зеркале 9 наблюдается встречное тельно диафрагмы 1 от ХЗ до Х приво- движение двух йар изображений этойе т й дит к появлению участков сеченияехлучевой границы,.:едвинутых друг относительно , .. ехлучеворезультируюшего потока.с трехлучево,интерференцией, Между собой интер едруга на 6 Х в.каждой паре. До ее. под- А А и В иа одф хода в точке"сдвинутой относитель- рируют световые лучи , ииом участке сечения реэультиру шльтируюшего5емник; увеличивается по линейному эа- ке,суммарная е результирумма ная величина результиру кону .(Фиг.: 2), так как от нуля до светового потока линейно увеличивает ЬХ величивается величина участков ся от нуля до ма у п и достиже.о максимума при достиже.увеэлемента точки Х иэ-.эа инего сече ин я с которых на фотоприем- нии границей элем нех л ей причем Фронт ник 11 попадают световые лучи А и 60 терференции трех лучего нарастания равендХ/2.Максимальиоеветового потока на Фотопрйдальнейшее движение границы отно- . значение световоге 11 соответствует моменту встре.сительносканиируюшей диафрагмы 1 при- емнике 11 с о водит к тому что на полупрозрачном чи на полупрозрп оз ачном зеркале 9 изоФий со мированных лучами А и В зеркале 9 появляются участки, где 65 бражений сф Р РПри дальнейшем перемещении границы относительно диафрагмы 1 до точки Х результирующий поток остается постоянным, так как на центральном участке его сечения наблюдается четырехлучеваь интерференция и интен сивность светового потока во всех точках этого участка станет равной нулю. Величина участка с четырехлучевой интерференцией увеличивается (при постоянном значении величины 10 участков с трехлучевой интерференцией) до момента выхода иэображенк 9 границы элемента, сформирован-. ных лучами А и В, за пределы огра 1йичительной диафрагмы 10. Перемеще ние границы элемента относительно диафрагмы 1 за точку Х (привсдит к увеличению величины участка сечения результирующего потока с четырехлучевой интерференцией за счет 20 такого же уменьшения участков с трухлучевой интерференцией, поэтому результирующий поток, попадающий на фотоприемник, линейно уменьшается и достигает нуля.в момент выхода границы элемента за пределы сканирующей диафрагмы 1 (точка Хд). В этот момент за пределы сечений реэулътиру ющего потока, ограниченного диафрагм мой 10, выходят изображения границы элемента, сформированные лучами А и В .Величина отрезка Х-Х(, равна:ЬХТаким образом,. световой поток", попадающий на фотоприемник,изменяется по сложному закону при сканиро,вании границы крнтролируемого эле- мента изображения щелевбй диафрагмой 1, причем его изменение при прохождении границы вблизи осевой линии диафрагмы имеет треугольный вид. Минимальное значение потока .соответствует 40 сканированию границы элемента осевой линией диафрагмы. Вершина треуголь ного электрического импульса с Фотоприемника 11 может быть определена ,любым известным способом, 45 Максимальное смещение аХ а опти-: ческих осей плеч интерферомента 5 одна относительно другой не должно превышать третьей части размера В щелевой цнафрагмы 1,т.е. 4(р ц, /этак как в этом случае изменение результирующего светового потока происходит таким образом, что максимальное его значение при увеличе- "55 нии от нуля до максимума (Х -Х ) совопадает с максимальным значением при его уменьшении от максимума до нуля (Х 2 -Х), При этом участки Х"Хри Х-Хравны нулю. Тогда правомерна за-,1макс 5пись 1)( . + - -откудамакс г - 25макс 3В то же время5=максмсяс мскс зСледовательно,макс э 5 т. е. размер ограничительной. диафрагмы 10 не должен превышаь двух третьих размера щелевой диафрагмы 1.В предложенном устройстве длительность фронта нйрастация и спада треугольного электрического импульса равна половине величины ЬХ смещения оптических осей плрч интерферометра.Величину этого смещения можно выбирать в указанных ранее пределах. Поэтому и длительность фронта результирующего сигнала можно сделать значительно короче длительности фронта результирующего сигнала, получаемого при помощи известного устройства, так как в нем длительность фронта равна половине ширины сканирующей мелевой цйафрагмы. Вследствие этого крутизна получаемых на предложенном устройстве импульсов больше крутизны треугольных сигналов на выходе из вестного устройства. В связи с этим импульсные помехи и шумы также оказывают меньшее влияние на выделение вершины треугольного импульсаТаким образом, введение новых элементов и их связей позволяет повы-. сить точность определения границ элементов изображения в 2,5 раза по срав" нению с известными устройствами.Предложенное устройство может найти широкое применение при контроле топологии таких плоскопараллельных объектов, как аэроФотоснимки, в устройствах обработки графической информации, В частности, его использование на предприятиях электронной промышленности для автоматизированного контроля линейных размеров и координат элементов микросхем и фотошаблонов позволяет оперативно и с более высокой точностью проводить объективный контроль качества их изготовления иа различных этапах технологического процесса, увеличить процент выпуска годных иэделий, улучшить условия и производительность труда операторов-контролеров за счет уменьшения доли ручного труда.едактор И.П аа юв мв аз 3528/41 тираж 873 подлисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 иал ППП фПатентф, г. ужгород, у. Бокщанеюеее ююю ююфвеВЮюю тнаа, 4