Фотоэлектрический преобразователь для наблюдения малоконтрастных дефектов в кристаллах Советский патент 1979 года по МПК G01N21/40 

Изобретение относится к области технической физики. Оно может быть использовано при исследованиях кристаллов, пленок, стекол и других объектов при работе в широкой области оптического спектра и, в частности, при наблюдении малоконтрастных дефектов и неоднородностей в полупро водниках.; Известны фотоэлектрические преобразователи сканируюа1его типа, в. которых действительное изображение исследуемого объекта подвергается непрерывной монотонной вибрации с помощью колебательного электромеханичес Сого устройства . Наиболее близким техническим реше нием к предложенному является фотоэлектрический преобразователь для на блюдения малоконтрастных дефектов в кристаллах, содержащий сканирхпоцее устройство, оптическую систему с объективом и диафрагмой, устройство для вращения плоскости поляризации, фотодетектор, селективный усилитель и регистратор изображения 2. К недостаткам известного фотоэлек рического преобразователя относятся невысокая эффективность при набгаодеНИИ малоконтрастных дефектов в крис таллах, обусловленная использованием механической вибрации действительного изображения объекта, которая не обеспечивает высокой стабильности амплитуды колебаний, определяющей основные параметры преобразователя разрешающую способность и Локальную яркость преобразрванного изображения. В настоящем преобразователе с целью повышения эффективности наблюдения малоконтрастных дефектов в кристаллах путем стабилизации амплитуды колебаний действительного изображения, мэжду объективом и диафрагмой, перпендикулярно оптической оси установлена двупрелсийляющая плоскопараллельна я пластина, снабженная средствами вращения вокруг оптической оси прибора, причем оптическая ось пластины наклонена к ее поверхности. На чертеже приведена оптическая схема предлагаемого фотоэлектрического преобразователя. Преобразователь содержит фотодетектор 1, полевую диафрагм;/ 2, установленную 3 плоскости действительного изображения объекта; двупреломлядад:/ ачоскопараллельную пластинку 3, оптическая ось которой наклонена к поверхности, со средствами вращения во3круг оптической оси прибора;сканирую щее устройство 4,перемещающее действ тельное изображение объекта относительно полевой диафрагмы; проекционный микрообъектив 5,устанавливаемый . перед объектом, например кристаллом 6, двупреломляющую пластинку 7, компенсирующую паразитную модуляцию светового потока, возникающую в результате вра11ёния плоскости поляризации; устройство 8 для вращения плоскости поляризации; осветитель 9; селективный усилитель 10, настроенный на yдвoeннs7ю частоту вращения плоскости поляризации; регистратор 11 преобразованного изображения, синхронизированный ее/ сканирующим устройством. Фотоэлектрический преобразователь работает следующим образом. Через точки а и б кристалла 6, рас полож енные рядом (обычно это расстояние равно нескольким микронам), проходят два луча. Расстояние между точками а и б таково, что после прохождения через пластинку 3 необыкновенньгй луч А и обыкновенный луч Б 1ерез полевую диафрагму 2.освещают фотодетектор 1. Размеры полевой диафрагмы выбираются такими, что обыкновенный луч А и необыкновенный луч Б не попа дают на фотодетектор. При вращении плоекости поляризацииосвещенность фотодетектора будет гармонически изменяться с удвоенной частотой вращения: вположении, когда плоскость поля-ризации параллельна оптической оси двупреломляющей пластинки 3, фотодетёктор освещается обыкновенным лучом Б; при перпендикулярном положении гщоскости поляризации фотодетектор о ввдается необыкновенным лучом А. В результате вращения плоскости поляри эации происходит срав.нение пропускания :р6ъекта в точках а и б. При неоди наковом пропускании света в точках аи б напряжение фотодетектора содер жит две . составляющие : постоянную и Переменную. Постоянная составляющая .пропорциональна среднему пропусканию объекта ;в микрообласти аб, а перемен на) составляющая - разности пропуска в тЬчках, Входной конденсатор пройускает только переменную сос тавляющую, которая после усиления L селективным усилитёледл 10 управляет яр косТью преобразованного изображенйя, .отображаемого на экране элект. роннолучёвОЙ трубки или фотоматериа- - :лв. Растровое изображение регистрато ра 11 строится в процессе работы ска нирующего устройства 4, си 1хронизиро .ванного с. регистратором. .«„,,;.-,..,„. Так как оптическая ось.пластины, изготовленной из одноосного кристалла, наклонена к ее поверхности, т Л.УЧ света, перпендикулярно иадающкЛ ,на ловерхносТь, разделяется внутри linacTHHfci на две составлякйдие: Обыкно венный луч проходит I не изменяя на.0 правления, по нормали, а необыкновенный луч отклоняется от нормали в плоскости , проходящей через нормаль и оптическую ось, на угол ч , который зависит от величины двупреломления разности показателей преломления необыкновенного rig и обыкновенного п лучей и угла об между нормалью и оптической осью пластинки Г in|-ng) ()cos2o6 Если пластинка имеет толщину d. , . то обыкновенный и необыкновенный лучи выходят из пластинки параллельно друг другу на расстоянии, равном . . Максимальное смещение необыкновенного луча наблюдается при условии tgot -H.. При этом о макс Угол -i) обычно незначителен, ввиду того,что 4g-no l, Поэтому можно считать , что d( Раздваивание лучей на выходе из пластинки на обыкновенный и необыкновенный обуславливает раздваивание действительного изображения объекта. Одно изображение, формируемое обыкновёНньзми лучами, проецируется в то место, где оно было бы при условии, если бы пластинка 3 была изотропной, например стеклянной. Другое изображение, построенное необыкновенными лучами, сместится на величину 6 илиб-М в направлении наклона оптической оси двупреломляющей пластинки. Смещение необыкновенного изображения на величину В достигается при установке пластинки МеждУ объективом и полевой диафрагмой (в любом месте) . Если же пластинку уЬтановйть между объектом и объективом, тО смещение увеличится в.М раз, где М - прямое увеличение изображения объекта в плоскости полевой диафрагмы. . №iH прецизионного регулирования необыкновенного величины, смещения изображения в предлагаемом преобразовател можно использовать набор пласТИН,- которые при одинаковой ориентаг . - t- гции их должны быть подобраны по толщине. Кроме того, величину смещения можно регулировать изменением кристаллографической ориентации пластин. Помимо наблюдения малоконтрастных дефектов в объектах, фотозлектрический преобразователь, может быть использован для выявления локальных градиентов оптического пропускания, которые могут зависеть, например, от.градиентов примесной неоднородности. Для обнаружения градиентов исполь зуют -ручное вращение двупреломляющей пластины. Направление градиента опре деляют с помощью лимба, закрепленного на оправе пластины в положении, соответствующем максимальному сигналу. Контрольное измерение азимута градиента можно проводить, используя минимальное значение сигнала. При минимальных амплитудах вибрации его положение ортогонально направлению градиента. При визуализации локального распределения градиентов оптического пропускания двупреломляющую плас тину приводят в -постоянное вращение от электропривода. Скорость вращения пластины при этом должна быть значительно меньше скорости вращения плоскости, поляризации. При регистрации преобразованного изображения на монрцветмом регистраторе, например на черно-белом фотоматериале, величина градиента передается оптической плотностью. Полную инфо1 мацию о локальных градиентах можно передать с помощью цветокодирования при регистрации преобразованного изображения на цветном фотоматериале. При цветокодировании посредствен оптической плот ности также отображают величину гра:10 диента, а с помощью цвета - направление градиента, Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь для наблюдения малокойтрастных дефектов в (рис -аллах, содержащий сканирующее устройство, оптическую систему с объективомои диафраплой, устройство ддя вращения плоскости поляризаЦии, фотодетектор, селективный усилитель и регистратор изображения, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с. целью повышения эффективности наблюдения путем стабилизации амплитуды колебаний действительного изображения, объективом и диафрагмой перпендикулярно оптической оси установлена двупрелсмилянндая плоскопараллельная пластина, снабженная средствами вращения вокруг оптической оси прибора, прич оптическая ось пластины наклонена к ее поверхности:. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы и техника эксперимента , 1972, № 4, с. 218. 2.Приборы и техника эксперимента , 1У7Ь, б, с. 216.

Г-Н

J