ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПОЛУСФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G01C19/04 G01C25/00 G02B27/18 G03F7/20 

Изобретение относится к области точного приборостроения, а именно к устройствам для изготовления гироскопических приборов, конкретно к устройствам для изготовления чувствительных элементов электростатических гироскопов (ЧЭ ЭСГ).

Известно проекционное устройство, предназначенное для изготовления смазочных канавок на сферической поверхности подшипника, выбранное в качестве аналога (см.патент Великобритании N 1428690, МКИ G 02 B 27/18, НКИ 2, опубликованный 17.03.76).

Принцип работы такого устройства основан на формировании изображения на части сферической поверхности, покрытой слоем фоторезиста, в сходящихся лучах света. Это устройство, следовательно, не позволяет получить изображение на всей внутренней полусферической поверхности, и поэтому не может быть применено для формирования изображения на полусферической поверхности с телесным углом охвата до 180^o.

Известно проекционное устройство для изготовления электродов на сферической поверхности вакуумной камеры ЧЭ ЭСГ фотолитографическим методом, выбранное в качестве прототипа (см.Технический отчет N 5-501-95 НИР "Обработка": "Исследование, разработка и внедрение комплексной технологии нанесения и размерной обработки пленочных покрытий различного функционального назначения для перспективных навигационных приборов". ЦНИИ "Электроприбор", Санкт-Петербург, декабрь 1995 г., 97 с., стр.71-80. Ксерокопии титульного листа и стр.71-80 указанного отчета прилагаются). Принцип работы проекционного устройства заключается в формировании рисунка электродной системы на внутренней поверхности полусферы в расходящихся когерентных лучах света с плоского фотошаблона, устанавливаемого между полусферой и источником света. Проекционное устройство состоит из мощного лазера, излучающего в сине-зеленой области видимого спектра, и оптической системы, позволяющих формировать точечный источник излучения, управлять параметрами светового потока и производить совмещение оптических элементов схемы. Оптическая схема формирования точечного излучения включает расположенную за лазером систему согласования и многолинзовый объектив. Экспонирование производится последовательным перемещением лазерного излучения по всему полю рисунка фотошаблона. Основной недостаток конструкции известного проекционного устройства заключается в том, что при его использовании для формирования изображения неизбежна паразитная засветка, вызванная отражением лучей света от засвечиваемых участков полусферической поверхности, приводящая к неравномерной освещенности внутренней поверхности и нежелательным явлением пересветки фоторезистивного слоя. На фиг. 1 показан пример образования паразитной засветки при использовании известного проекционного устройства. Луч света 1, исходящий из сформированного точечного источника света 2, проходя через плоский фотошаблон 3 с выполненным на нем конформным отображением заданного рисунка на полусферической поверхности 4, образует на ней действительное изображение 5. При этом от полусферической поверхности отражается паразитный луч 6, искажающий заданное изображение в точке 7.

Задача, которую решает данное изобретение, состоит в устранении возможности неравномерной засветки фоторезистивного слоя путем исключения паразитной засветки всей полусферической поверхности.

Эта задача решается тем, что предлагаемое проекционное устройство по сравнению с прототипом дополнительно содержит следующие элементы: светопоглощающий конус, круглый экран и диафрагму. Засветку полусферической поверхности при этом проводят в два этапа:
с конусом и диафрагмой (без экрана);
с конусом и экраном (без диаграммы).

Светопоглощающий конус своим основанием крепится к полусферической поверхности вдоль оптической оси. Диаметр основания конуса и способ крепления его к полусфере определяются конструкцией ее полярной области. Высота конуса h определяется выражением h = D/2, где D - внутренний диаметр диаграммы.

Круглый экран устанавливается на вершину конуса перпендикулярно оптической оси и закрепляется любым из известных способов, обеспечивающих жесткую фиксацию и простой съем, например, с помощью резьбового соединения. Экран позволяет исключить паразитную засветку центральных областей полусферической поверхности, примыкающих к полюсу. Теоретический диаметр экрана dт определяется из следующего выражения dт = 2R(F² - R²)/(F² + R²), где F - фокус, R - радиус полусферы.

Условия эксплуатации обуславливают необходимость технологического зазора между экраном и полусферой, тогда d = dт - 2A, где A - величина технологического зазора между экраном и полусферой.

Экспериментально установлено, что величина технологического зазора должна быть равна 1 мм. Толщина экрана - (0,3-0,5) мм. Требования к материалу экрана аналогичны требованиям к материалу конуса.

На фиг. 2a показан пример выполнения и установки светопоглощающего экрана при формировании изображения на экваториальной и примыкающей к ней областях полусферической поверхности по предлагаемому изобретению. Луч света 1, исходя из сформированного точечного источника света 2, проходя через плоский фотошаблон 3, образует на полусферической поверхности 4 в точке 5 действительное изображение. Образующийся при этом паразитный луч 6 падает на светопоглощающий круглый экран 8, удерживаемый конусом 9, и гасится на нем.

Диафрагма выполнена в виде кольца, примыкающего непосредственно к плоскому фотошаблону, и предназначена для исключения паразитной засветки областей полусферической поверхности, близких к полюсу, при экспонировании всей поверхности, кроме участка, отсекаемого диафрагмой. Внешний диаметр диафрагмы должен быть не менее диаметра полусферы, а внутренний диаметр D должен быть равен диаметру экрана d. Диафрагма может быть изготовлена практически из любого твердого материала, не проницаемого для применяемого света, например из металла, покрытого светопоглощающим покрытием.

На фиг. 2б показан пример выполнения и установки диафрагмы при формировании изображения на средних и приполярных областях полусферической поверхности по предлагаемому изобретению. Луч света 1, исходя из сформированного точечного источника света 2, проходит через внутреннее отверстие диафрагмы 10 и через плоский фотошаблон 3 образует на полусферической поверхности 4 в точке 5 действительное изображение. Образующийся при этом паразитный луч 6 падает на светопоглощающий конус 9 и на нем гасится.

Предлагаемое проекционное устройство, предназначенное для формирования изображения на полусферической поверхности, состоит из следующих основных частей:
- лазер, используемый в качестве источника когерентного излучения, луч света которого направлен вдоль оси проекционного устройства:
- оптическая система, состоящая из различных оптических элементов, предназначенных для создания точечного источника света 2 (см. фиг. 2a, 2б) и управления энергетическими характеристиками расходящегося светового потока 1 (описание конструкции оптической системы можно найти в прототипе);
- плоский фотошаблон 3, рисунок на котором представляет собой конформное отображение на плоскости заданного рисунка на полусферической поверхности при условии переноса изображения в расходящемся световом потоке, фокус которого находится на расстоянии F (см. фиг. 2а) от плоского фотошаблона (методика расчета такого фотошаблона известна и также описана в прототипе);
- светопоглощающий конус 9, основание которого крепится к полусферической поверхности вдоль оптической оси проекционного устройства;
- диафрагма 10 (см.фиг. 2б), примыкающаяся к плоскому фотошаблону 3, наружный диаметр которой не менее диаметра полусферической поверхности, а внутренний диаметр D равен наружному диаметру d экрана 8;
- круглый экран 8, который закрепляют на вершине конуса 9 перпендикулярно оптической оси и наружный диаметр которого определяют на основании соотношения d = dt - 2A, где dt - теоретический диаметр экрана, при котором он непосредственно примыкает к полусферической поверхности, A - величина технологического зазора между экраном и полусферической поверхностью, который экспериментально определен равным 1 мм, dт = 2R (F₂ - R²)/(F² + R²), где F - фокус (см.фиг.2а), R - радиус полусферической поверхности.

Экран находится на расстоянии h от полюса полусферической поверхности: h = D/2
При последовательном использовании экрана (см.фиг.2а) и диафрагмы (см. фиг. 2б) удается решить поставленную задачу и полностью исключить паразитную засветку полусферической поверхности при формировании на ней заданного изображения с плоского фотошаблона.

С помощью предложенного изобретения изготовили электродную систему на нескольких партиях полусфер КФ 6.036.068/069 ЧЭ ЭСГ фотолитографическим методом в точном соответствии с требованиями чертежей.

Проекционное устройство для формирования изображения на полусферической поверхности относится к области точного приборостроения и может быть использовано при формировании изображения на сферической поверхности фотолитографическим методом. Задача изобретения: устранение возможности неравномерной засветки полусферической поверхности. Проекционное устройство для формирования изображения на полусферической поверхности наряду с лазером, оптической системой и плоским фотошаблоном дополнительно содержит диафрагму, примыкающую к плоскому фотошаблону, светопоглощающий конус вдоль оптической оси, крепящийся своим основанием к полусферической поверхности, и круглый экран, устанавливаемый на вершину конуса перпендикулярно оптической оси, причем диафрагма и круглый экран установлены с возможностью размещения и удаления в процессе формирования изображения на полусферической поверхности, проводимого в два этапа: с диафрагмой и круглым экраном. При последовательном использовании экрана и диафрагмы удается полностью исключить паразитную засветку полусферической поверхности обрабатываемой детали при формировании на ней заданного изображения с плоского фотошаблона. 3 ил.

Проекционное устройство для формирования изображения на полусферической поверхности, содержащее лазер, оптическую систему и плоский фотошаблон, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит диафрагму, примыкающую к плоскому фотошаблону, светопоглощающий конус вдоль оптической оси, крепящийся своим основанием к полусферической поверхности, и круглый экран, устанавливаемый на вершину светопоглощающего конуса перпендикулярно оптической оси, причем диафрагма и круглый экран установлены с возможностью размещения и удаления в процессе формирования изображения на полусферической поверхности, проводимого в два этапа: с диафрагмой и круглым экраном.