Устройство для измерения толщины и показателя преломления пленки Советский патент 1987 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть Hcnonbao вано для контроля толщины и показателей преломления прозрачных, оптически изотропных пленок и является усовер- шенствованием устройства по авт. св. № 1073568.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 - оптическая схема устройства.

Схема (фиг.2) содержит источник 1 света, четвертьволновую фазовую пластинку 2, модулятор 3 света, прозрач- ную пластинку 4, фотоэлемент 5, прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластинку 6, планку 7, прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластинку 8, предметный столик 9, поляризаторы 10-12, фотоэлементы 13 и 14.

Элементы 6, 8, 11-14 образуют измерительный блок 15,, а осветительный блок 16 содержит элементы 2, 4, 5 и 10. Электромеханический привод 17 служит для поворота предметного сто г- лика 9 и планки 7 (0-0) - ось вращения предметного столика 9, - угол

падения света, Е, , Е, Е„

Ор5 - 59 Р

электрически векторы световой волны.

Между источником 1 света и четвертьволновой фазовой пластинкой 2 установлен модулятор 3 света и прозрачная пластинка 4, ориентированная под углом 45° к фазовой пластинке 2 фотодатчик 5 оптически связан с прозрачной пластинкой 4 через ее сторону, обращенную к источнику 1 света, прозрачная плоскопараллельная диэлек трическая пластинка 6 расположена на планке 7 за диэлектрической пластинкой 8 и .ориентирована так, что перпендикуляр к оси вращения предметног столика 9, проходящий через центр ди электрической пластинки 8 и образующий с нормалью к ней в этом центре угол, равный углу Брюстера для этой пластинки при длине световой волны источника 1, проходит через центр диэлектрической пластинки 6 и образует с нормалью к ней в этом центре угол, равный углу Брюстера для этой пластинки при длине световой волны источника 1, а плоскости, в которых лежит этот перпендикуляр, и обе нормали ортогональны.

Устройство работает следующим об- р аз ом.

Линейно поляризованньй монохр6ма-( тический световой поток от источника 1 излучения, распространяющийся перпендикулярно к оси вращения предметного столика 9, проходит на своем пути к этому столику через последовательно установленные модулятор 3 света, прозрачную гшастинку 4, четвертьволновую фазовую пластинку 2 и поляризатор 10. Прозрачная пластинка 4 ориентирована под углом 45 к четвертьволновой фазовой пластинке 2 и благодаря этому отражает часть падающего на нее света на фотоэлемент 5. Фазовая пластинка-2 преобразует линейную поляризап.ию светового потока в круговую, а установленный за нею поляризатор 10 формирует линейно поляризованный световой поток с заданной плоскостью поляризации. Отраженный контролируемой пленкой, размещенной на столике 9, модулированный световой поток проходит через две последовательно расположенные на планке 7 прозрачные плоскопараллельные диэлектрические пластинки 6 и 8, каждая из которых отражает часть падающего на нее света на соответствующий фотоэлемент 13 и 14. Диэлектрические пластинки 6 и 8 ориентированы так, что свет падает на каждую из них под углом Брюстера для этой пластинки при длине световой волны источника 1, а плоскости падения света на эти пластинки ортогональны, причем пластинка 8 параллельна оси вращения предметного столика.

При такой ориентации диэлектрическая пластинка 8 отражает только S, а вторая только Р-компоненту светового потока. Поляризаторы 11 и 12, установленные между диэлектрическими пластинками 6 и 8 и соответствующими фотоэлементами 13 и 14, предназначены для дополнительной фильтрации световых потоков с целью уменьшения по- гре1Ш1ости,, обусловленной возможной неточностью ориентации диэлектричес- .ккх пластинок 6 и 8. Значения коэффициентов отражения света, поляризованного в плоскости его падения на контролируемую пленку (R,-) и перпендикулярно к этой плоскости (Rpi ) ,

определяются по формулам RS;

и 51

k,Up;

pi

,

koU;

где и. , Up; , и а;

сигналы с фотоэлементов соответственно 13, 14 и 5, зарегистрированные в один и тот же момент времени при значении угла падения света на пленк If j k, и k2 - постоянные коэффициенты, значения которых определяются перед началом работы устройства с помощью тех же формул при if. 90° без пленки, когда весь световой поток от источника 1 излучения попадает в измерительный блок 15 и поэтому можно считать, что Rg Rp 1.

Толщина пленки рассчитывается.по формуле

N;

2(fn2 - sin Ч, - Vn - где L и ч - угловые положения двух iпроизвольных максимумов интерференционной картины в зависимости от Rg(v);

авт. ев, № 1073568, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, оно снабжено последовательно установленными между источником света и четвертьволновой фазовой пластинкой модулятором света и прозрачной пластинкой, ориентированной под углом 45 к фазовой пластинке, третьим фотоэлементом, оптически связанным с прозрачной пластиной через ее сторону, обращенную к источнику света, второй прозрачной пло- скопараллельной диэлектрической пластинкой, размещенной на планке за первой диэлектрической пластинкой и ориентированной так, что перпендикуляр к оси вращения предметного столика, проходящий через центр первой диэлектрической пластинки и образующий

N - разность порядков интерферен- -20 с нормалью к ней в этом центре угол,

ции этих максимумовi п - показатель преломления пленки, который рассчитывается по формуле ti tgvep 5 где - угол Брюстера. определяемый на основании зависимости RP(Y) по угловому положению абсолютного микиг ума этой зависимости. Формула изобретения

Устройство для измерения толщины и показателя преломления пленки по

авт. ев, № 1073568, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, оно снабжено последовательно установленными между источником света и четвертьволновой фазовой пластинкой модулятором света и прозрачной пластинкой, ориентированной под углом 45 к фазовой пластинке, третьим фотоэлементом, оптически связанным с прозрачной пластиной через ее сторону, обращенную к источнику света, второй прозрачной пло- скопараллельной диэлектрической пластинкой, размещенной на планке за первой диэлектрической пластинкой и ориентированной так, что перпендикуляр к оси вращения предметного столика, проходящий через центр первой диэлектрической пластинки и образующий

равньш углу Брюствра для этой пластины при длине световой волны источника, проходит -через центр второй диэлектрической пластинки и образует с нормалью к ней в этом центре угол, равный углу Врюстера для этой пластины при длине световой волны источника, а плоскости, в которых лежит этот перпендикуляр, и обе нормали, ортогональны.

Изобретение относится к измерительной технике и является дополнительным к авт. св. № 1073568. Целью дополнительного изобретения является повышение точности измерений путем устранения влияния внешних световых помех. Линейно-поляризованный монохроматический световой поток от источника излучения, распространяющийся перпендикулярно к оси вращения предметного столика, проходит через последовательно установленные модулятор света, прозрачную пластину, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор. Прозрачная пластинка ориентирована под углом 45 к четвертьволновой фазовой пластинке, отражает часть падающего на нее света -на фотоэлемент и преобразует линейную поляризацию светового потока в круговую, а установленный за нею поляризатор, формирует линейно поляризованный световой пучок с заданной плоскостью излучения. Диэлектрические пластинки ориентированы так, что свет падает на каждую из них под углом Брюстера ;для этой пластинки при длине световой i волны источника, а плоскости падения света на эти пластинки ортогональны, причем первая пластинка параллельна оси вращения предметного столика. Значения.коэффициентов отражения света, поляризованного в плоскости его падения на контролируемую пленку (Rgj) и перпендикулярно к этой плоскости (Rpj) определяются по формулам RSI s ,i , Rр Upi ,- , где и 5,-, Upj , UQ; - сигналы с фотодатчиков соответственно, зарегистрированные в один и тот же момент вре- :мени при значении угла падения света на пленку ч , К и К - постоянные коэффициенты. 2 ил. (П со to tc о 00 ел N

Фиг.1

Редактор А.Сабо

Составитель В.Климова Техред А.Кравчук

Заказ 2853/36Тираж 677Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Г.Решетник