Фотоэлектрический микроскоп Советский патент 1982 года по МПК G01D3/06 

(5) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП

Изобретение касается фотоэлектЩР ческого микроскопа для, определения фотометрической середины оптически активной структуры с перемещаемой относительно структуры параллельной щелью, ширина которой по меньшей мере равна ширине структуры, с располо женным сзади щели фотоэлектрическим приемником и включенным последовательно дискриминатором для обработки созданных структурой,сигналов. При автоматическом определении положения штриховых меток, например штрихов масштаба, в качестве нулевых индикаторов используются фотоэлектрические микроскопы. Известен целый ряд микроскопов по добного рода, которые посредством измерения светового потока. определяю фотометрическую середину штриха или структуры. При этом решается следующее интегральное уравнение, определяющее фотометрическую середину штриха:Xs Х5( .V ir(x) C(x)dx, (1) Xg ч где (х) - коэффициент пропускания . используемого здесь штриха, например, при способе . в проходящем свете с темным штрихом на светлом основании;светоэлектрический центр тяжести штриха; ,принятая постоянная в плоскости штриха сила освещенности;область определения штриX -qJXiiXs+q ха. При использовании отраженного свеа в уравнение (1) вводится для tM о смыслу коэффициент отражения. В известном статическом способе, азванном светоэлектрическим симмет ичным способом с двумя фотоприемниками,для определения фотометрической штриховой метки проводится интегрирование посредством нахождения падающего на частичную щель светового потока

г av ,.

I d/T

л

Eo(x)dA

А

AI

и сравнения его со световыми потоками, падающик)и на частичные щели А, и А,2 Г2.

Недостаток этого св тоэлектрического микроскопа заключается в том, что из-за различного старения или дрейфа обоих объединенных в дифференциальную схему фотоприемникоа временная стабильность нулевой точки во многих случаях применения является слишком плохой.

Сравнение световых потоков проводится также в светоэлектрическом симметричном способе только С одним фотоприёмником. Кроме того, что эти микроскопы с вибропреобразователем требуют более высоких аппаратурных затрат, чем указанный, тип, необходима неподвижная штриховая сетка,вслеДствие чего необходимое время измерения значительно возрастает (или изза допущенных ошибок измерения и скорости штриховой метки установленная высокая частота вибропреобразователя); При помощи растрового микроскопа с осциллирующими оптнмескими или механическими элементами сделана попытка определить фотометрическую середину штриха посредством выделения гармонической составляющей высшего порядка. При этом получается всегда только приблизительное вычисление и определяется не светоэлектрический а поверхностный центр тяжести (и этот тоже приближенно) распределения ЕО- irCx) 12.

Цель изобретения заключается в проведении соответствующего определению измерения фотометрической середины оптически активной структуры например штриховой метки, не требующего объемного, сложного решения по аппаратуре.

. Поставленная цель достигается тем что в фотоэлектрическом микроскопе для определения фотометрической середины оптически активной структуры с перемещаемой относительно .структуры параллельной щелью, ширина которой по меньшей мере равна ширине

структуры, с расположенным сзади щели фотоэлектрический приемником И включенным последовательно дискриминатором, так что даже штрихам, содержащим , сопоставляется однозначное положение, сигнал, полученный фотоприёмником при относительном перемещении параллельной щели и структуры, подается непосредственно на первый вход дискриминатора, между вторым входом дискриминатора и фотоэлектрическим приемником включена схема образования среднего значения, образующая среднеезначение из созданных структурой в фотоэлектрическом приемнике максимального и минимального значений и,таким образом включает порог срабатывания дискриминатора на это значение.

Среднее значение определяется или из растущего и падающего фронтов полученного фотоприемником электрического выходного сигнала или из числа предыдущих выходных сигналов. ЕсЬи пренебречь ошибкой формы штриха или структуры, среднее значение может быть образовано также из предыдущего импульса, В растровом микроскопе среднее значение выводится из периодического сканирующего сигнала.

На чертеже изображена упрощенная форма случая, когда с помощью статического светоэле(трического микроскопа требуется определить положение светлой штриховойметки на темном основании.

Основанием может быть, например, часть системы измерения пути для суппорта измерительного прибора или ctaHKa, или оно может представлять собой носитель.структуры при определении положения структуры, которые находят применение при изготовлении полупроводниковых элементов.

В примере осуществления изобретет ния отражающая штриховая метка 1 освещается с помощью не представленной системы освещения в отраженном свете и отображается через объектив 2 в параллельной щели 3 Для функционирования способа необходимо, чтобы ширина параллельной щели 3 была по нвнъшей мере равна ширине штриха. Расположенный сзади щели фотоэлектрический приемник при относительном перемещении в направлении X штриховой метки 1 и щели 3 выдает пропорциональный прошедшему, через щель световому потоку электрический выходной сигнал в форме импульса напряжения U Этот импульс напряжения поступает на вход компаратора 5 Одновременно конденсатор С заряжается до максимального значения напряжения. Затем последовательно включенные к6нден- саторы С||,, на выходе заряжаются до разницы между максимальный и ни- нимальным напряжением, так что, если ( Cij Сг, на выходе этой схемы образования среднего значения получается искомое среднее значение, которое служит для установления поро га срабатывания компаратора 5. На чертеже также изображены ха-. рактеристики напряжения в точках А, В и С,как функции ординат X штриха. Прохождение нуля сигнала на вмходе компаратора 5 происходит тогда, когда фотометрическая середина кар тины штриха совпадает с правьи Краем щели (для изображенного случая). Через -соответствующее последующее Усиление (не изображено) и выпрямление в точке может быть получен ртрицательный скачо напряжения как симг метричный сигнал. Он может .быть использован для изображения сигнала или обработки в другом месте. После обработки симметричного сиг нала в точке Хд может быть восстановлено исходное состояние (с задержкой) посредством приведения в действие ключей S, SQ, S,|. При этом напряжение пропускания диода D обеспечивает небольшое положительное смещение от В к А, так что отрицательный импульс в р может всегда означать переход фotoмeтpичecкoй середины через ось микроскопа. Устранение может происходить посредством нескольких импульсов при замене ключа достаточно высокромным сопротивлением. Приз том время ус реднени я onределяется постоянной времени R С|. Изобретение может быть применено для всех известных способов фотоэлектрического определения середины штриха. Формула, изобретения Фотоэлектрический Микроскоп для определения фот-ометрической середины оптически активной структуры с перемещаемой относительно структуры параллельной щелью, ширина которой по меньшей мере равна ширине структуры, с располом(енным сзади щели фотоэлектрическим приемником и включенным последовательно дискриминатором, на первый вход которого подается полу ченный Фотоприемником сигнал, о т л и чаю щ и и с я тем, что между фотоэлектрическим приемником и вторым входом дискриминатора включена схема образования среднего .значения, которая образует среднее значение из созданных структурой в фотоэлект- рическом приемнике максимального и минимального значений и, таким образом, вк/яочает порог срабатывания дискриминлхора на это значение. Источники информации, принятые бо внимание при экспертизе 1. Feingeratetechifk, I960, / - to, с. 430, 431. 2. OptIk 21/196, с. 606.

-era-I