Способ измерения толщины прозрачных пластин Советский патент 1981 года по МПК G01B11/06 G01B9/02 

54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛАСТИН

Из.осэрётение относится к контрольно измерительной технике и может быть и пользовано для измерен 1я толщины и показателя преломления прозрачных . пластин. Известен способ измерения толщины прозрачных пластин или расстояния меж ду двумя плоскими прозрачными пластинами с помощью интерференционных полос равного наклона, заключающийся в том, что объект освещают пучком схо дящегося или расходящегося монохроматического света и измеряют углы, под которыми наблюдаются минимумы или ; максимумы интерференционньлх полос рав ного наклона. Разница между угпамк, под которьми видны соседние полосы, однозначно связана аналитической зависимостью с толщиной ВОЗДУШНОГО зазора, и по этой зависимости определяют толщину зазора 1. Недостатком способа является то, что невозможно измерять толщину плас тин с неизвестным показателем прелом ления . Наиболее близким по. технической . сущности к предлагаемому является сп соб С2 измерения толщины прозрачных пластин, заключающийся в том, что на правляют в одну исследуемую точку поверхности пластины под углом к ней пучок монохроматического света, наблюдают интерференционную картину ё виде полос равного наклона, определяют угловую ширину полосы равного наклона, по которой и судят о толщине пластины. Толщину пластины определяют из следующей зависимости J € 5in 1л где d - толщина пластины, X - длина волны монохроматического света; V - показатель преломления материала пластины; 6 - угловая ширина полосы наклона; 1 - угол наблюдения полосы равного наклона. При 1 45° эта зависимость принимает вид J d - г Недостатком известного способа является то, что невозможно измерять толщину прозрачных пластин с неизвестным показателем преломления. Цель изобретения - измерение тол щины прозрачных пластин с неизвестным показателем преломления. Поставленная цель достигается тем, что перемещают пластину до заданного положения, при перемещении .определяют изменение порядка интерф ренционных полос, а затем определяю угловую ширину полосы равного накло на интерференционной картины, соответствующей второй точке, и по форм ле ZCiifbO l i где d. - ширина полосы в исследуемо точке поверхности пластины А.. - длина волны монохроматичес кого света; N - изменение порядка интерференционных полос; ii - угловая ширина полосы равн го наклона интерференционн картины, соответствующей первой точке; 2 - угловая ширина полосы равн го наклона интерференционной картины, соответствующей второй точке; 2 - расстояние от исследуемой ки до места наблюдения инт ференционной картины, судят об измеряемой толщин На фиг, 1 изображена принципиал ная схема устройства, реализующего предлагаемый способ,на фиг. 2 - интерференционная картина в виде поло равного наклона. Устройство содержит источник 1 монохроматического света, линзу 2 и мйкрообъектив 3, предметный столик 4 с микроподачей, матовый экран 5 с микроподачей. В качестве источника монохроматического света используется гелиев небновый лазер 1. Микрообъектив 3 создает пучок сходящегося ( или расходящегося) све та. Линза 2 согласует апертуру микр объектива 3 с диаметром лазерного пучка. Измеряемая пластина б располагается на предметном столике 4, который перемещается в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет наводить пучок света на любую точку пласти-ны 6. Для наблюдения интерференционных полос служит экран 5 из матового стекла, на котором нанесена шкала. Лазер 1, микрообъектив 3 и линза 2 объединены в один блок. Этот блок может перемещаться вдоль свое оси относительно пластины 6, что позволяет точно фокусировать пятно света на поверхность пластины. В у ройстве производится измерение угл вой ширины полосы равного наклона под углом 1-45°. Способ о существляется следующим образом. Пластину 6 располагают на предметном столике- 4 и определяют две точки. Первой выбирается точка, в которой необходимо измерить толщину с , а вторая jo4Ka необходима для осуществления способа. Располагают пластину 6 так, чтобы пучок.монохроматического света фокусировался в первой точке, измеряют угловую ширину интерференционной полосы Лт на экране 5. Затем перет ещают пластину 6 во вторую точку и считают сколько полос пройдет по экрану 5. Число прошедших полос равно N . Если полосы смещаются вверх, то N отрицательно, если вниз - положительно. Обычно вторую точку выбирают так, чтобы N было равно целому числу. Затем измеряют угловую ширину интерференционной полосы lii. на экране 5. Подставляя измеренные значения ii , к N, а также иавестнуе Я и 6 определяют искомую толщину по формуле dr-xV. 2( где f - расстояние от исследуемой точки до места наблюдения интерференционной картины, т.е. до экрана 5. Использование предлагаемого способа позволяет измерять толщину прозрачных пластин, показатель преломления которых неизвестен. Это дает возможность отказаться от дополнительной операции предварительного определения показателя преломления. Кроме того, наиболее простые и, распространенные способы измерения показателя преломления требуют, чтобы образцы были В1Л1олнены в виде призм ийи плоских пластин сравнительно большой толщины (более 1 мм), что приводит к дополнительному расходу дорогих материалов (например, моиокристаллы сложных полупроводников). Из не-KOTojxjx материалов, получаемых в виде эпитаксяальных пленок, принципиально невозможно изготовить призмы или получить толстые образцы. Наиболее эффективно применять предлагаемый способ для измерения толщины пластин, имеющих толщину порядка 5-500 мкм. Способ достаточно просто реализуем и его осуществление не требует дорогого и уникального оборудования. формула изобретения Способ измерения толщины прозрачных пластин, заключающийся в том, что направляют в одну исследуемую точку поверхности пластины под углом к ней пучок монохроматического света, наблюдают интерференционную картину в виде полос равного наклона, опредеЛяют угловую ширину полосы равного ч)аклона, по которой и судят о толщине пластины, отличающийся тем, что, с целью измерения толщины пластин с неизвестным показателем преломления, перемещают пластину до заданного положения, при перемещении определяют изменение порядка интерфе ренционных полос, а затем определяют Ьтловую ширину полосы равного найлона интерференционной картины, соотвествующей второй . точке, и по формуле ,Г11а где d - ширина полосы в исследуемой точке поверхности пластины; X - длина волны монохроматического света;

Г N - изменение порядка интерференционных полос; 4 - угловая ширина полосы равного наклона интерференционной картины, соотаетствуквдей второй точке; Ъ расстояние от исследуемой точки до места наблюдения интерференционной -картины, судят об измеряемой толщине. Источники информации ятые во внимание при экспертизе .Патент ФРГ № 2622787, О 01 В 9/02, 1977. .Попов Ю.Н. Измерение толщины рачных пластин. - Приборы и техМ., 1978, 3 эксперимента тотип).