Устройство для контроля дефектности полупроводниковых пластин и структур Советский патент 1992 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в метеорологии и навигации.

Известен прибор для измерения оптической прозрачности по заявке, содержащий последовательно соединенные источник света и передающему оптическую систему, отражатель, оптически сопряженный с передающей оптической системой, последовательно соединенные приемную оптическую систему, сопряженную с отражателем, фотоприемник и блок электронной обработки.

Недостатки этого устройства вытеки- ют из необходимости использования в нем отражателя. Таким недостатком являются: громоздкость конструкции, ограниченный диапазон применения, продолжительное время подготовительных работ, связаннее с установкой отражателя и ориентацией приемопередающего устройства в направлении на отражатель.

Известно устройство для определения прозрачности оптической среды, взятое в качестве прототипа, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, источник излучения, передающую оптическую систему и два уголковых отражателя, установленные на границах исследуемого участка оптической среды, последова1 тельно соединенные приемную оптическую систему, оптически сопряженную с уголковыЦ отражателями, фотоприемник и коммутатор, к выходам которого подключены два интегратора, а также схему деления, подключенную входами к выходам интеграторов, и линию задержки, подключенную к управляющим входам обоих интеграторов.

Наличие уголковых отражателей в прототипе приводит к громоздкости конструкции, ограниченному диапазону высот

VI 00

ел о ел

применения, продолжительности подготовительных работ, связанной с установкой отражателей на заданные расстояния и ориентацией приемопередающего устройства в направлении на отражатели.

Целью изобретения является упрощение конструкции, связанное с исключением из устройства уголковых отражателей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащее последовательно соединенные лазер с блоком управления и передающую оптическую систему, последо- вательно соединенные приемную оптиче- скую систему и фотоприемник, введены соответствующие блоки и узлы, позволяющие по изменению мощности обратного рассеяния оценить метеорогическую дальность видимости. В основу работы устройства по данному изобретению положено уравнение лазерной локации рассеивающей среды, которое для горизонтальной трассы принимает вид:

P(D)s ...

Ро J/n /ПР о к ехр ( - 2 е D)/

/D2.(1)

где P(D) - мощность принимаемого импульсного сигнала однократного рассеяния с расстояния D от лазера; - Ро - мощность зондирующего импульсного Излучения лазера;

Авх - площадь входного зрачка приемного устройства;

й-скорость света: . ... .,-, .

т/ц-длительностьимпульса излучения;

. tyn , т/пр - коэффициент пропускания оптических систем передатчика и приемника соответственно;

а - показатель рассеяния;

к- модуль вектора индикатриссы рассеяния для угла 180°; ,

Ј о + а - показатель ослабления; а- показатель поглощения лазерного излучения в атмосфере.

Так как текущая дальность D связана со временем t соотношением

,fa)

то уравнение (1) можно преобразовать к виду

P(t)2P0 Авх

- J/np ff к ехр ( - с с t)/4 (3)

Сигнал S(t) на выходе фотоприемника с интегральной чувствительностью у описывается выражением:

S( ехр (- е с t)

(4)

где у Авх /п Vnp ак с

Логарифмическое преобразование выражения (4) дает

lnS(tHnk-2lnt-set(5)

Если отсчеты информационного сигнала (5) брать не в отдельные моменты времени, а в отдельные интервалы ц, rz и t2,13, то полученные отсчеты будут усреднены, что

вызывает снижение флуктуацией ной составляющей и повышение точности. Отсчеты Ji и Ja в интервалы ti.tz и t2, ta характеризуются соотношениями

м

V )

1

, lnS(t)dt(t2-ti)lnK+2(t2-ti-t2lnt2+tilnti)- .

.w

ta -., :

nS(t)dt(t3-t2)lnk+2(t3-t2-t3lnt3+t2lnt2)-

) со

Если длительность интервалов t2-ti t3- , то разность сигналов

Ji-J2 e c(At)2+2tilnti+2t3lnt3-4t2lnt2 (8)

Известно, что метеорологическая дальность видимости DM определяется как расстояние, на котором стандартный наблюдатель в условиях достаточной освещённости может еще различить объект достаточйШ размеров, контраст которого относительно фона равен единице. Под стандартным наблюдением подразумевается наблюдатель, способный воспринимать изображение с некоторым минимальным контрастом . Значение DM для горизонтальной трассы может быть найдёнб из уравнения: :: ::-:- :: : ;-:-:-.-ч.;;У -- ;-.:Л. :- ;... DMHn(1/Ko)/e ;: , :, :- ;г (9) Обычно контраст задают равным 0,02. . Таким образом, определив из выражения

(8) значение Ј, из выражения (9) можно найти метеорьлогическую Дальность видимости DM. Описанный алгоритм реализован в предложенном устройстве.. ; ; ; х

;. На чертеже приведена функциональная схема измерителя метеорологической дальности видимости. : v

Устройство содержит лазер 1 с блоком 2 управления, приемопередающую оптичеСкую систему 3, датчик 4 опорного импульса, оптически сопряженный с лазером, счетчик 5, обнуление которого осуществляется импульсами датчика 4, генератор счетных импульсов 6, запускающий счетчик 5, три схемы 7, 8 и 9 сравнения кодов, три

регистра 10, 11 и 12 памяти, фотоприемное устройство 13, оптически сопряженное с приемной оптической системой, логарифмический усилитель 14, преобразующий выходной сигнал фотоприемного устройства 13, два управляемых интегратора 15 и 16, два блока 17 и 18 памяти, запоминающие в заданные моменты времени выходные сигналы управляемых интеграторов 15 и 16, схему вычитания 19,. три цифроаналоговых преобразователя 20, 21 и 22, преобразующие выходные сигналы регистров памяти 10. 11 и 12 соответственно, три логарифмических усилителя 23,24 и 25, подключенные к выходу соответствующих цифроаналоговых преобразователей 20, 21 и 22, квадратор 26, подключенный к.выходу схемы вычитания 19, пять перемножителей 27, 28, 29, 30 и 31, два сумматора 32 и 33, два интегратора 34 и 35, аналого-цифровой преобразователь 36 и источник 37 эталонного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Лазер 1 под действием импульса под- жига, сформированного в блоке управления 2, вырабатывает оптический импульс, который через приемопередающую оптическую систему 3 излучается в атмосферу по горизонтальной трассе. В момент излучения лазера 1 датчик 4 формирует опорный импульс, который обнуляет счетчик 5, Счетные импульсы, выработанные генератором 6, подаются на счетный вход счетчика 5 и изменяют его состояние. Текущий цифровой код, выработанный счетчиком 5 и несущий информацию о времени с момента излучения лазером оптического импульса, одновременно подается на три схемы сравнения кодов 7,8 и 9 и на три регистра памяти 10, 11 и 12.

Оптическое излучение обратного рассеяния через приемопередающую оптическую систему 3 поступает на фотоприемное устройство 13, в котором преобразуется в электрический сигнал (4). Логарифмический усилитель 14 преобразует сигнал S(t) к виду (5).

Пусть ti - момент времени после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду Ni, t2 - момент времени после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду N2. a t3 - момент времени после излучения оптического импульса соответствует цифровому коду N3. Тогда в момент времени ti схема 7 сравнения кодов вырабатывает импульс, одновременно поступающий на управляющий вход регистра 10 памяти и на первый управляющий вход управляемого интегратора 15. По

этому сигналу в регистр 10 запишется цифровой код, соответствующий моменту времени ti, а управляемый интегратор 15 будет интегрироЁать выходной сигнал логарифми5 ческого усилителя 14. По истечении некоторого времени Д t цифровой код, сформированный счетчиком 5, будет совпадать с.цифровым кодом N2 В момент совпадения кодов схема 8 вырабатывает импульс

0 сравнения, по которому в регистр 11 заносится цифровой код,-соответствующий моменту времени t2 после получения оптического импульса, а управляемый интегратор 15 закончит интегрирование ин5 формационного сигнала. Поступление выходного сигнала на управляющий вход блока 17 памяти приведет к тому, что в нем будет содержаться сигнал Jt (формула 6), выработанный в интеграторе 15. Поступле0 ние же этого сигнала на первый управляющий вход управляемого интегратора 16 приведет к тому, что с момента времени ti интегратор 16 будет интегрировать выходной сигнал логарифмического усилителя 14.

5 По истечении времени 2 At цифровой код. сформированный счетчиком 5, будет совпадать с цифровым кодом Мз, соответствующим моменту времени ta. В момент сов- падения кодов схема 9 вырабатывает

0 импульс, по которому интегратор 16 закончит интегрирование информационного сигнала, а в регистр 12 будет занесен цифровой код, соответствующий моменту ts после излучения оптического импульса. Поступле5 ние выходного сигнала схемы сравнения 9 на управляющий вход блока памяти 18 приведет к запоминанию в нем сигнала J2 (формула 7), выработанного в управляемом интеграторе 16. В основу построения управ0 ляемого интегратора положено, например, использование операционного усилителя, во входной цепи которого включены резистор и электронный ключ, а в цепи обратной связи - конденсатор. Управление электрон- ,

5 ным ключом осуществляется выходными импульсами схемы сравнения кодов. В качестве блоков памяти 17 и 18 могут использоваться устройства выборки-хранения.

Цифровые коды, снимаемые с регистров

0 10,11 и 12 в цифроаналоговых преобразователя преобразуются в аналоговые сигналы, которые затем поступают в логарифмические усилители 23, 24 и 25 соответственно. Коэффициенты усиления усилителей 23 и 25

5 в два раза больше коэффициента усиления логарифмического усилителя 14, а коэффициент усиления логарифмического усилителя 24 - в четыре раза. Сигналы, сформированные логарифмическими усилителями 23, 24 и 25, поступают на пёрёмнЬ- жители 27, 28 и 29 соответственно. На другой вход этих перемножйтелей подаются сигналы с соответствующих регистров памяти 10, 11 и 12. Выходные сигналы пере- множителей 27, 28 и 29 вместе с сигналами, содержащимися в блоках памяти If и 18, поступают на сумматор 32, где осуществляется их алгебраическое суммирование в соответствии с формулой:

U i-J2-2tiInti+4t2lnt2-2t2lrm e c(At)2. (10)

Цифровые кодыI снимаемые с регистров 11 и 12, поступают также на схему вычитания 19, где вырабатываете Гй Гразностъ At t3-t2 t2-ti. Найденное значение At подается на квадратор 26, а затем поступает на первый вход пёремножителя 30, на второй вход которого подается напряжение обратной связи Ubc. Перемножитель зо, сумматор 32 и интегратор 34 входят в; (:ЬстШ контура автоматического регулирования. Поэтому сигнал рассогласования, являющийся вы- ходнйм сигналом сумматора 32, отрабатывается этим контуром. При значении сигнала рассогласования, равном нулю, напряжение Uoc на выходе интегратора 34 будет иметь некоторое постоянное значение, после умножения котЪр№о в перём ожите- ле 30 на (At)2 получится с игнал, соответствующий значению Ui. Следовательно, после отработки сигнала рассогласования имеет место соотношение:

;.(At)2, из Которого следует :

Uoc4Ji/(At)2. .(11)

Сопоставляя соотношения (11)и (10), заключаем, что

.(12)

Выработанное напряжение обратной связи, пропорциональное показателю ослабления, в аналого-цифровом преобразователе 36 преобразуется в цифровую форму и поступает на первый вход перемножителя 31, на другой вход которого подаётся сигнал Ua. Перемножитель 31, сумматор 33 и интегратор 35 входят в состав контура автоматического регулирования. Поэтому сигнал рассогласования, являющийся выходным сигналом сумматора 33, где выходной сигнал перемножителяч31 сравнивае тся с эта1 лонным сигналом с ln(1 /k0), выработанным источником 37, отрабатывается этим контуром. При значений сигнала рассогласования, равном нулю, напряжение U-jj на выходе интегратора.35 будет иметь некото- рое-постоянное значение, после умножения

которого в перемножителе 31 нас игнайсе получится сигнал; соответствующий эталонному значению с In(1/k0). Следовательно, после отработки сигнала рассогласования

имеем:

cln(1/ko)Un-e-c, из которого следует

(1 /k0)/e ,(13)

то есть совпадает с формулой (9) и означает, что сигнал Uо соответствует метеорологической дальности видимости.

Перемножители 27,28, 29,30 и 31 могут быть выполнены на основе использования цифроаналйгового преобразователя.

Из изложенного следует, что для работы предложенного устройства не нужны угол- кбвые .отражатели. А это значит, что предложенное техническое решение будет иметь более кбмпактное кЬнстр уктивное решение;

и содержась приемопередающее устройство с блоком электроники, в ыполняющёй указанные выше функции. Вместе с тем предложенное устройство может измерять метеорологическую дальность видимости

по горизонтальной трассе в широком диапа- зб не высот и требует значительного сокращения подготовительных работ.

Ф о р м у л а и з о б р ёт е н и я :

Измёрйгел ь метеорологической дально- cf и видимости, содержащий лазер с блоком управлений, оптически сопряженный с приемопередающей оптической системой и датчиком опорного импульса, фотоприемное устройство, оптически сопряженное с приёмопередающей оптической системой, и два интегратора, от л и ч а ю щи ис я тем, что, с целью уп0Ьщения конетрукции, в йз- мерителҐ дополнительно введены два управляёмых интегратора, два блока памяти, каждый из которых подключен к выходу со- OTBeTCTBy ib effiVffpaWfle Moro интегратора, два сумматЬра, источник эталонного сигнала, послёДЬватёльно соединенные генерато р СЧёГйых: иШульсов и счетчик, установленный вход которого соединен с выходом Датчика опорного импульса, три параллельные цепи последовательно соединенных регистра памяти, цифроаналогового

преобразователя, логарифмического усилителя и пёремножителя, второй вход которого подключен к выходу соответствующего регистра Памяти, а выход - к соответствующему входу первого сумматора, четвертый

логарифмический усилитесь, подключенный БХОДО.М к выходу фотоприемного устройства, а выходом - к информационным входам управляемых Интеграторов, три схемы сравнения кодов, каждая из которых подключена входом к выходу счетчика, а выходом - ic управляющему входу соответствующего регистра памяти, каждый из которых подключен информационным входом к выходу счетчика, причем выход первой схемы сравнения подключен к первому управляющему входу первого управляемого интегратора, выход второй схемы сравнения подключен к второму управляющему входу первого управляемого интегратора, к первому управляющему входу второго управляемого интегратора и к управляющему входу первого блока памяти, выход третьей схемы сравнения подключен к второму входу второго управляемого интегратора и к управляющему входу второго блока памяти, последовательно соединенные схема вычитания, два входа которой подключены к

0

выходам второго и третьего регистров памяти, квадратор и четвертый перемножитель, подключенный к четвертому входу первого сумматора, пятый и шестой входы которого соединены с выхо-1. дами блоков памяти, а выход-С входом первого интегратора, подключенного выходом к второму входу четвертого пе емножителя, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу первого интегратора, и пятый перемножитель, выход которого соединен с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного сигнала, а выход - с входом второго интегратора, выход которого является выходом измерителя и подключен к второму входу пятого перемножителя.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в метеорологии и навигации. Устройство содержит лазер с блоком управления, приемопередающую оптическую систему, датчик опорного импульса, оптически сопряженный с лазером, счетчик, генератор счетных импульсов, запускающий счетчик, три схемы сравнения кодов, три регистра памяти, фотоприемное устройство, оптически сопряженное с приемопередающей оптической системой, логарифмический усилитель на выходе фотоприемного устройства, два управляемых интегратора, два блока памяти, запоминающие выходные сигналы управляемых интеграторов, схему вычитания, три цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), на выходах соответствующих регистров памяти, три логарифмических усилителя, подключенных к выходу соответствующих ЦАП, квадратор, подключенный к выходу схемы вычитания, два сумматора, два интегратора, пять перемножителей, аналого-цифровой преобразователь и источник эталонного сигнала. 1 ил. $