Способ измерения толщины прозрачных пластин с рассеивающей поверхностью Советский патент 1991 года по МПК G01B15/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, точнее к методам определения толщины объектов, и может быть использовано для определения толщины прозрачных пластин, у которых одна из поверхностей рассеивает свет.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности при измерении толщины пластин с шероховатой подложкой.

На фиг.1 приводится графическое изображение хода лучей в образце при шероховатой подложке; на фиг.2 - то же, при шероховатой входной поверхности.

Сущность способа заключается в том, что рассмотрим вначале случай зеркальной (нерассеивающей) входной поверхности Рг и шероховатой подложки образца Ps, фиг.1) луч лазера, пройдя образец, рассеивается в точке 0, образуя широкую индикатрису рассеяния. Часть лучей, лишь частично отразившись от поверхности Рг, покидает образец. Часть лучей, для которых угол падения на поверхность Рг больше критического ( УС arcsln(1/n), где п - показатель преломления материала образца), испытывает полное внутреннее отражение и снова попадает на поверхность Ps. Поэтому в плоскости подложки на точки, лежащие на расстоянии L, меньшем 2H/tg ус , от центра луча 0, отраженное излучение не попадает. Точки, лежащие на расстоянии L 2H/tg yc , будут освещаться отраженным светом и, являясь рассеивэтелями, диффузно рассеивать излучение во все направления, что позволяет наблюдать рассеянные лучи в любой точке приема. Итак, в результате падения лазерного луча на рассматриваемый образец образуется освещенная поверхность Ps подложки образца с темным (неосвещено VJ ю го о ю

ным) кругом вокруг лазерного луча. Из фиг. 1 видно, что диаметр темной области Dr связан с толщиной образца как Н - 0,25 D tg ус. Для того, чтобы поверхность Pt являлась рассеивающей, высота шероховатости поверхности Надолжна быть больше половины длины волны лазерного излучения. Рассмотренный эффект будет иметь место и в том случае, если Ra А/2 , но контраст изображения будет ниже, и при Ra 0 изображение вообще исчезнет вследствие отсутствия диффузного рассеяния. Наилучшим условием наблюдения, соответственно, и условием измерения толщины пластины является размещение исследуемого образца на хорошо отражающей поверхности, например на листе белой бумаги. Угол падения лазерного луча относительно поверхности образца существенной роли не играет: индикатриса рассеяния идеального диффузного рассеивателя описывается законом Ламберта (cos2 в, где в - угол рассеяния) и не зависит от угла падения. Для реальных рассеивателей угол падения лазерного луча не должен превышать 30-45°.

Таким же способом можно определять толщину пластин, у которых входная поверхность является шероховатой (Ps), а подложка - нерассеивающей (Рг). Ход лучей в таком образце приведен на фиг.2. Яркость изображения в этом случае существенно ниже, так как при высотах шероховатости Ra/ A 1,5 полуширина индикатрисы рассеяния составляет 9-15°, что значительно меньше, чем ус . Поэтому измерение толщины пластин, имеющих входную шероховатую поверхность,

0

5

0

5

0

5

эффективно при R8 2-5 мкм (А 0,63 мкм), т.е. матированных стекол, а не слабо шероховатых.

Если образец имеет обе нерассеивающие поверхности, то измерения можно производить, искусственно создав рассеяние на подложке. Это можно достичь двумя неразрушающими способами: нанести слой светорассеивающего лака, а после измерений смыть его растворителем; либо помещать исследуемый образец на диффузно отражающую поверхность, обеспечив оптический контакт с помощью иммерсионной жидкости. В простейшем случае это может быть обычная вода, так как некоторая небольшая разница показателей преломления образца и иммерсии не мешает проведению измерений.

Формула изобретен

Способ измерения толщины прозрачных пластин с рассеивающей поверхностью, заключающийся в облучении исследуемого образца лазерным излучением и регистрации параметров поля оптического диапазона длин волн, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности при измерении толщины пластин с шероховатой подложкой, регистрацию параметров поля проводят в рассеянном лазерном излучении, измеряют диаметр D области Тени вокруг лазерного луча на шероховатой поверхности образца, а толщину Н пластины определяют по формуле Н 0,25 D tg yc , где УС arcslh (1/n) - угол полного внутреннего отражения данного материала; п - показатель преломления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения толщин прозрачных пластин, у которых одна из поверхностей рассеивает свет. Целью изобретения является упрощение метода и повышение точности измерений. Исследуемый образец облучают лазерным излучением и проводят измерение диаметра D области тени вокруг лазерного луча на шероховатой поверхности образца, а толщину H пластины определяют по формуле H = 0,25DTGγ_с, где γ_с = ARCSIN(1/N) - угол полного внутреннего отражения данного материала

N - показатель преломления. 2 ил.

Фиг.1

РГ

Фиг. 2