Устройство для измерения перемещения светового луча по одной координате на объекте Советский патент 1976 года по МПК G01B11/14 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения перемещения светового луча по одной координате на о бъекте и может найти .применение, например, в генераторах изображений, фотоповторителях и в других подобных устройстза.к в микроэлектронике, в оптичееких затюминатащих устройствах, а также в измерителыной микроскопии.

Известно устройство для измерения положеНИИ светового луча, содержащее поворотное зеркало сканирования луча по полю изображения проекционной оптической системы, интерференционный гониометр для измерения положения луча на плоскости изображепня с двумя утолкОВыми отражателями, укрепленными на поворотном зеркале, для измерения угла поворота зеркала сканирования.

Однако это устройство имеет ограниченный диапазон перемещения светового Луча, определяемый величиной поля изображения проекционной оптической системы, и сложность регулировки чувствительности устройства, так как для этого необходимо изменить расстояние между yrOvTKOBbiMH отралсателями, укрелленными на поворотном зеркале. Кроме того, изменение разности хода лучей интерферометра с помощью двух подвижных уголковых отражателей приводит к технологическим трудностям получения изменения разности хода,

точно ранной смещению луча по плоскости изображения короткофокусного объектива, например микрообъектива.

Иаиболее близким .по технической сущности и достигаемому положительному эф|фекту является }стройство, содержащее основание, установленный на нем подвижный в направлении измерения стол для размещения объекта, проекционную снстем , выполненную в виде осветителя, сканирующего зеркала, проекционного объектива и размещенную на столе, интерференционный блок измерения смещения стола и проекцио-нной системы, выполненный в виде светоделителя, двух отрал ателей, образующих две ветвн интерферометра и каждый из которых установлен на столе, блок обработки сигналов с интерферометра.

Недостатком устройства является малое быстродействие, так как для измерения необходимо достичь строго определенного положения изображения участка измеряемого объектива, например щтриха щтриховой меры, относительно оптической оои микроскопа путем перемещения всей каретки. Повышение скорости измерения путем грубой, в пределах -поля зрения микроскопа, установки каретки с последующим измерением отклонения щтриха от олтической оои микроокопа снижает надеж-ность и точность измерения.

Целью изо-бретения является повышение точности и надежности измерений.

Это достигается тем, что устройство снабжено преобразователем угла поворота в изменение оптической разности хода в ветвях интерферометра, связанным со сканирующим зеркалом и установленным между светоделителем и отражателем.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

О:по содержит интерферометр, состоящий из осветительного устройства, представляющего собой лазер 1 с щелевой диафрагмой 2, светоделитель 3, в виде плосканараллельной стеклянной пластины, отражателей 4, 5 первой и второй ветви интерферометра, укрепленных на подвижном столе 6, вспомогательных зеркал 7, 8, отсчетного устройства 9 с реверсивным счетчиком и устройством 10 индикации, проекционную оптическую систему, состоящую из проекционного объектива И, осветителя 12, конденсатора 13, некоторого объекта 14, сканирующего зеркала 15, установленного в непосредствеиной близости к объективу И.

1ПроеК|Циопная система расположена на столе, .перемещающемся параллельно плоскости основания 16. На одной оси с зеркалом 15 установлены под углом друг к другу две лластины 17 и 18 с двухсторонним зеркальным -поК1)ытием и окнами 19, 20 в средней части (с целью упрощения чертежа ось показана условно в виде кинематической связи 21). Угол поворота зеркала 15 изменяется с .помощью какого-либо приводного механизма (на чертеже механизмы .привода каретки и зеркала не показавы). Пластины 17 и 18 установлены между укрепленными на столе зеркалами 22 и 23, которые в совокупности образуют преобразователь угла поворота в изменение разности хода, зеркала 22 или 23, имеют окна 24, 25, одно из них .может перемещаться при юстировке параллельно самому себе.

Устройство работает следующим образом.

Параллельный пучок света от лазера 1 нонадает через диафрагму 2 на светоделитель 3, после которого часть светового луча, отразивщись от него и зеркала 8, через Окно 24 попадает на одну из зеркальных поверхностей пластины 17, отразивщись от которой направляется на зеркало 22, отразившись от зеркала 22, пройдя окно 19 и отразившись от зеркала 23 и второй поверхности пластины 17, направляется на отражатель 5 (первая ветвь интерферометра). После отражателя 5 световой пучок меняет направление и, пройдя весь вышеописанный путь в обратном направлении (17, 23, 19, 22, 17, 24, 8), возвращается на светоделитель 3. Вторая часть пучка лучей лазера 1 проходит светоделитель 3, направляется на зеркало 7 и проходит аналогичный путь, а именно проходит окно 25, последовательно отражается одной поверхностью пластины 18, зеркалом 23, проходит окно 20 и, отразивщись от зеркала 22 и второй поверхности пластины 18, направляется на отражатель 4 (вторая

ветвь интерферометра). Отразивщись от отражателя 4, пучок проходит весь описанный путь в обратном направлении (18, 22, 20, 23, 18, 25, 7), возвращается па светоделитель 3, где интерферирует с пучком первой ветви интерферометра. При смещении стола или поворота зеркала 15 интерференционные полосы перемещаются относительно фоточувствительного отсчетпого устройства 9, которое вырабатывает электрические сигналы, необходимые для работы реверсивного счетчика с устройством 10 индикации. Изображение светящейся части осветителя 12 проецируется конденсором 13 на входной зрачок объектива И, чем

создается равномерное освещение объекта 14. Лучи, рассеянные объектом 14, отразивщись от зеркала 15, попадают в объектив 11, который создает изображение объекта 14 на поверхности основания 16. При повороте зеркала 15 происходит смещение изображения объекта 14 по полю изображения оптической системы, и одновременно изменяется разность хода лучей интерферометра.

При определенном угле между пластинами

17 и 18 и расстоянии .между зеркалами 22 и .23, которые определяюпся расчетом, изменепие разности хода лучей интерферометра соответствует смещению изображения, которое получено сканированием.

Отсчет перемещения изображения, нолученного как перемещением стола с проекционной оптической системой, так и ска.нированием но ПОЛЮ изображения проекционной оптической системы происходит при этом непрерывно,

что повыщает надежность и точность измерения положения светового луча по линейной .координате.

В предлагаемом устройстве изменение разности хода световых лучей в зависимости от

угла поворота зеркала сканирования может .быть получено при технологически легко осуществимых размерах сколь угодно малым, что .позволяет применить в качестве объектива проекционный оптической системы микрообъектив.

Масштаб преобразования угла поворота в разность хода световых лучей зависит как от расстояния между двумя плоскими параллельными зеркалами с окнами, установленными

на столе, так и угла, под которым расположены прикрепленные к зеркалу сканирования пла1стины с двухсторонним зеркальным покрытием, что позволяет получить удобную для юстировки чувствительность устройства к расстоянию между установленными на каретке зеркалами с окнами путем выбора угла между пластинами, прикрепленными к зеркалу сканирования.

Отисанная система зеркал не вносит дололнательной разности хода лучей в интерферометр при параллельном смещении оси поворота зеркала сканирования отно1С1Ительно подвижного стола, которые для некоторых проекционных оптических систем (системы, представляющие собой обращенный .микроскоп с

ДЛИНОЙ тубуса «бесконечность) не приводят к смещению изображения относительно оптической оси, что позволяет снизить требования к точности шарнирного угла поворотного зеркала сканирования.

Формула изобретения

Устройство для измерения .перемещения светового луча по одпой координате на объекте, содержащее основание, установленный на нем подвижный в направлении измерения стол для размещения объекта, npoeKiunoHHyio систему, выполненную в виде осветителя, сканирующего зеркала, проекционного объектива и разУ/ Л21 // // /// /// У/

16

мещенную на столе, интерференционный блок измерения смещения стола и проекционной системы, выполненный в виде светоделителя, двух отражателей, образующих две ветви интерферометра, и один из которых или оба. установлены на столе, и блок обработки сигналов с интерферометра, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и надежности измерений, оно снабжено преобразователем угла поворота в изменение оптической разности хода в ветвях интерферометра, связанным со сканирующим зеркалом и установленным между светоделителем и отражателем.