Устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов Советский патент 1983 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оборудованию автоматизирбванного контpojlR и измерения линейных размеров элементов плоскопараллельных: объектов I Известно устройство для измерения размеров элементов плоскопараллеЛьных объектов, содержащее последовательно расположенные источник ,света, оптический блок фокусировки и рйсщепления луча, дефлекторы для .отклонения лазерного луча, объ&кт, фотоприемник и электронный компаратор Cl 1 Однако данное устройство имеет .недостаточную разрешающую способнос из-за сравнительно большого размера сканирующего пятНа , а также малу точность измерения, сниженную флуктуациями скорости сканирования элементов объекта, изменением размера сканирующего пятна вдоль траектории измерения. Т Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов, содержащее последовательно расположенные источник когерентного монохроматического света , коллиматор, систему отклонения луча, объек тив и блок светоделительных призм, координатный столик для размещения измеряемого объекта , последовательно установленные на одной оптическо оси под координатным столиком блок приемных линз и фотоприемник, последовательно расположенные дифракционную решетку, второй блок приемных линз и второй фотоприемник, отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, дифракционная решетк расположена параллельно координатному столику С 2 . . Известное устройство Имеет недос таточную точность измерений, снижен |ную. погрешностями несоответствия см щенйя луча по объекту и дифракционной решетке, краевыми аберациями фо кусирующего объектива из-за огра ниченности его размеров. i Кроме того, устройство требует применения высокоточного объектива достаточно большой входной апертуро имеющего высокую стоимость. Целью изобретения является повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что устройство- для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов, содержащее последовательно расположенные источник когерентного монохроматического света, коллиматор и систему отклонения луча , координатный столик для размещения измеряемого объекта , последовательно установленные на одной оптической оси под координатным столиком блок приемных линз и фотоприемник, последовательно расположенные дифракционную решетку, второй блок приемных линз и второй фоУоприемник, отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, снабжено голограммой, сформированной сферическим и двумя параллельными потоками и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, расстояния от центра голограммы до системы отклонения луча, координатного столика и дифракционной решетки равны, а дифракционная решетка, второй блок приемных линз и второй фотоприемник установлень за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскостями дифракционной решетки, и координатного столика равен углу между оптическими осями за голограммой. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для измерения размеров элементов плоскопараллельных объектов; на фиг. 2 - схема записи голограммы; на фиг. 3 - схема восстановления голограммы в устройстве. Уcтpoйctвo для измерения линейных размеров элементов плоскопараллельных объектов состоит из источ- ника 1 когерентного монохроматического света, коллиматора 2, системы 3 отклонения луча, голограммы i, координатного столика 5 для размещения измеряемого объекта б , дифракционной решетки 7,, отсчетной схемы 8, включающей фотоприемник 9 и преобра-. зователь 10 линейных перемещений, блоков 11 и 12 приемных линз и фотоприемни|(рв 13 и ft. Источник 1 когерентного монохроматического света, коллиматор 2 и система 3 отклонения луча расположены последовательно и неподвижны. Под системой 3 отклонения луча установлена голограмма k , сфор 1Ированная сферическим и двумя параллельными потоками. Под голограммой А на координатном столике 5 размещен измеряемый объект (6. Плоскости голограммы i и координатного столика 5 параллельны. Расстояния от центра голограммы Ц до системы 3 отклонения луча, координатного столика 5 и дифрак ционной решетки 7 равны между собой. G координатным столиком 5 связана отсчётная схема 8, в которой; фогоприемник 9 подключен к преобразователю 10 линейных перемещений. Под координатным столиком 5 на одной оптической оси установлены блок 12 приёмных линз и фотоприемник И. Диф ракционная решетка 7, второй блок 11 приемных линз и второй фотоприемник .13 установлены за голограммой k на другой оптической оси. Угол / между плоскостями дифракционной решетки 7 и координатного столика 5 равен углу между оптическими осями за голограммой А. Устройство работает следующим образом. . Когерентный монохроматический све товой поток от источника 1 света орасширяется коллиматором 2 и попадае в систему 3 отклонения луча. Система 3 отклоняет поток по углу и сканирует Им голограмму .. Голограммой 4 восстанавливаются два фокусирующих потока/ один из которых перпендикуля рен координатному сТоликУ 5, а второй - дифракционной решетке 7. При сканировании голограммы 4 всякий раз в новой точке восстанавливаются два потока, которые синхронно перемещают ся по объекту 6 и дифракционной решетке 7 причем потоки сфокусированы на них. Световые потоки , прошедшие че рез измеряемый объект 6 и дифракцион ную решетку 7, попадают в блоки 12 и 11 приемных линз соответственно, которые ,направляют их на фотоприе««1ики Ни 13 При перемещении координатного столика 5 и сканирова нии голограммы k системой 3 отклонения луча обеспечивается бескадровое непрерывно-построчное сканирование объекта б Связанная с координатным столиком 5 отсчётная схема В позволяет определять величины смещения объекта 6. .При сканирований объекта6 перпендикулярно .падающим на него сфекусиро.ванным когерентным монохроматическим световым потоком , осевая линия которого перемещается параллельно саг мой себе, топология объекта 6 модулирует световое излучение, вследствие чего получают световые сигналы, дли-тельности которых пропорциональны . размерам измеряемых элементов объекта 6. Одновременно второй восстанавливаемый голограммой 4 сфокусированный поток сканирует дифракционную решетку 7, в результате чего формируется сигнал /период которого однозначно соответствует смещению луЧа на определенное расстояние. Очевидно, что при сканировании оба луча перемещаются синхронно на одно и тоже расстоя- ; ние. Световые сигналы преобразовываются в элект{зические фотоприемниками : З и И. С фотоприемника 9 отсчетной :хемы 8 получают сигнал, характе- ; ризующий смещение объекта 6 с коор:динатным столиком 5. Из электрических сигналов фотоприемников 9 и 13 формируются масштабирующие импульсы по двум координатам измеряемого объекта 6. Масштабирующие импульсы служат для определения размеров элеменТов путем заполнения ими сигналов с фотоприемника It и для фиксации координат элементов. При сканировании системой 3 от клонения.луча голограммы k последова тельно восстанавливаются потоки от разных участков голограммы 4. В устройство введена трехлучевая голограмма, образованная сферическим и двумя параллельным потоками (фиг.2 К В схеме записи голограммы k используются светоделители 15 и 1б(, отклояющие зеркала 17 и 18, коллиматоры 19 и 20, объектив 21. Световой по-i ток от источника 1 когерентного монохроматического света направляется на 15, где он амплитудно -светоделитель делится на два потока , один из которых,отклонившисьот зеркала 17, по(падает is коллиматор 19, а втррой проходит. На светоделитель 16. Световой гГ поток, прошедший светоделитель 16, от-; клоняется зеркалом 18 и направляется на объектив 21. Отклоненный светоtделителем 16 поток попадает в колли матор 20. Коллиматоры 19 и 20 форми.руют широкие параллельные потоки, а объектив 21 - расходящийся поток со сферическим волновым фронтом. Объектив 21 выполняет роль источника сферического потока. Потоки совмещаются в 510 /Плоскости фотопластинки, которая после ЗсГписи служит голограммой А. При восстановлении голограммы А система 3 отклонения луча отклоняет параллельный поток по углу, причем точка поворота луча соответствует фокусу объектива 21 ( положению источника сферического потока ), применяемого при записи .2 и 3). В свя зи с тем, что голограмма « восстанав.ливается параллельным потоком, а при записи в этом направлении распространяет.ся сферический поток, с нее восстанавливаются два фокусирующих потока. Расстояние а от центра гологрем мы 4 до координатного столика 5 или до системы 3 отклонения луча (или до дифракционной решетки 7) равно расстоянию b от ее плоскости до источника сферического потока при регистрации, деленному на косинус оС угла п дения этого потока, т.е. Плоскость отклонения луча системой 3 отклонения луча составляет с,нор малью к голограмме 4 угол ot - угол падения сферического потока. В предлагае(«юм устройстве исключены, погрешности , связанные с несоответствием перемещения лучей по из меряемому объекту 6 и дифракционной 094. решетке 7,так как они образуются при восстановлений одного и того же участка голограммы . Уменьшены погрешности, вызванные аберрациями оптической системы, так как они могут быть скомпенсированы при записи голограммы j. Устройство не требует применения высокоточных и дорогостоящих объективов, а используемая голограмма может изготавливаться без особых затрат при достаточно большом количестве копий. Таким образом, введение новых элементов и соответствующих связей позволило повысить точность измерений в 1,5 раза. Устройство для измерения линейных размеров элементов плоскопараллельных объектов может найти широкое применение при обработке графической информации, автоматизированном контроле геометрии элементов электронных приборов и т.п. Оно войдет в состав комплекса автоматического контроля линейных размеров элементов микросхем и фотошаблонов. Внедрение комплекса позволит оперативно и с более высокой точностью осуществлять контроль в ходе технологического процесса, что приведет к росту процента выход годных изделий, сокращению времени настройки оборудования , числа единиц контрольного оборудования и контролеров и т. д.

Фиг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ/ ОБЪЕКТОВ, содержащее последовательно расположенные источник когерентно го монохроматического света «коллиматор и систему отклонения луча , координатный столик для размещения измеряемого объекта, последовательно установленные на одной оптической ocijt . под координатным столиком блок приемных линз и фотоприемник, последйвательно расположенные дифракционн уо, решетку, второй блок приемных линз и второй фотоприемник , отсчетную схему, связанную с координатным столиком и состоящую из преобразователя линейных перемещений и фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено голограммой сформированной сферическим и двумя параллельными потоками и расположенной между системой отклонения луча и координатным столиком параллельно последнему, расстояния от центра голограммы до системы (Л .отклонения луча , координатного столика и дифракционной, решетки равны, а дифракционная решетка , второй блоК( приемных линз и второй фотоприемник установлены за голограммой на другой оптической оси, а угол между плоскостягФ) дифракционной решетки и координатного столика равен углу между оптическими осями за голограммой. О) со о