Устройство для контроля толщины пленки в процессе нанесения ее на крупногабаритную оптическую деталь

 

Изобретение может быть использовано для контроля толщины оптической пленки в процессе ее нанесения на крупногабаритную оптическую . деталь. Целью изобретения является повышение точности контроля толщины пленки за счет устранения смещения изображения источника излучения на входной щели монохроматора при вращеW X, til. НИИ контролируемой детали. Излучение от источника 1 проектируют на поверхность контролируемой детали 14 с помощью последовательно расположенных и оптически сопрял енных. проекционного объектива 3, светоделителя 5, углового зеркала 6 и формирующей системы , включающей объектив 7 и зеркала 8. Отраженное излучение от контролируемой детали проектируют посредством указанных элементов на входную щель монохроматора 9, который вьщеляет излучение с заданной длиной волны (О. Спектрально выделенное излучение направляют в приемно-регистрирующий блок 10, где световое излучение преобразуют в электрический сигнал , пропорциональный коэффициенту отражения R (А) поверхности контролируемой детали. С выхода приемнорегистрирующего блока сигнал подают на отсчетный прибор и исполнительс (Л W X, Чl . А П dn д -« оо. 4 fe СО С5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (бд 4 С 01 В 11/06!

i !, 3

Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! фЩ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3880830/24-28 (22) 08.04.85 (46) 23.10,87. Бюл. Ф 39 (72) О.В. Александров и Л.Б. Кацнельсон (53) 531.717.11(088.8) (56) Оптико-механическая промышленность, 1970, 1Ф 3, с. 36. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ

ПЛЕНКИ В ПРОЦЕССЕ НАНЕСЕНИЯ ЕЕ НА

КРУПНОГАБАРИТНУЮ ОПТИЧЕСКУЮ ДЕТАЛЬ (57) Изобретение может быть использовано для контроля толщины оптической пленки в процессе ее нанесения на крупногабаритную оптическую деталь. Целью изобретения является повышение точности контроля толщины пленки за счет устранения смещения изображения источника излучения на входной щели монохроматора при враще9

„.Я0„„1346946 А 1 нии контролируемой детали. Излучение от источника 1 проектируют на поверхность контролируемой детали 14 с помощью последовательно расположенных и оптически сопряженных проекционного объектива 3, светоделителя 5, уг- лового зеркала 6 и формирующей системы, включающей объектив 7 и зеркала

8. Отраженное излучение от контролируемой детали проектируют посредством указанных элементов на входную щель монохроматора 9, который выделяет излучение с заданной длиной волны (X). Спектрально выделенное излучение направляют в приемно-регистрирующий блок 10, где световое излучение преобразуют в электрический сигнал, пропорциональный коэффициенту отражения К (3) поверхности контролируемой детали. С выхода приемнорегистрирующего блока сигнал подают на отсчетный прибор и исполнитель1346946

dS у

I. ное устройство, прекращающее осаждение вещества, образующего контролируемую пленку, при достижении заданного значения R() . Устранение расфокусировки изображения источника

1 излучения на входной щели монохроматора. 9 при изменении расстояния от детали до монохроматора добиваютИзобретение относится к .измерительной технике и может быть исполь.зовано при изготовлении крупногабаритных зеркал, светоделителей и других оптических элементов.

Цель изобретения — повышение точности контроля толщины оптических покрытий, наносимых на вращающуюся крупногабаритную деталь, за счет исключения смещения изображения- источника излучения на входной щели монохроматора, вызванное биением и эксцентриситетом вращающейся контролируемой детали при отражении пучка от нее.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, диафрагму 2, проекционный объектив 3, шторку 4 с отверстием, светоделитель 5, угловой отражатель 6, формирующую оптическую систему, включающую зеркальный объектив

7 и плоское зеркало 8, монохроматор

9, расположенный за светоделителем

5 на оптической оси формирующей оп-. тической системы, приемно-регистрирующий блок (ПРБ) 10, каретку 11 с приводом 12, на которой установлен угловой отражатель 6. Светоделитель

5 установлен в месте пересечения оптических осей формирующей оптической системы и проекционного объектива 3.

Каретка 11 установлена с возможностью перемещения вдоль направления, показанного на чертеже стрелкой S, параллельной биссектрисе угла отража.теля 6. Вход блока 13 управления настройки подключен к ПРБ 1С. На чертеже также показаны крупногабаритная оптическая деталь 14, установленная ся за счет перемещения углового зеркала 6, установленного на каретке 11, перемещаемой приводом 12. Управление приводом осуществляют с помощью блока управления и настройки 13 но информации; поступающей с приемно-регистрирующего блока. 1 ил.

2 в вакуумной камере 15, которая снабжена испарителями 16, например тер-" мическими или электронно-лучевыми, и фотометрическими окнами 17 и 18.

5 Устройство работает следующим образом.

Предварительно настраивают устройство. Значение размера Н может меняться в зависимости от диаметра детали 14, типа испарителей 16, наносимого вещества и т.п. Изменением

Н добиваются требуемого распределения оптических характеристик покрытия вдоль радиуса детали 14. Измене15 ние Н приводит к расфокусировке изображения источника 1 излучения на вход входной щели монохроматора 9. Расфокусировка компенсируется перемещением вдоль S каретки 11 с угловым отражателем 6. Значение и Б, необходимое для компенсации Н вЂ” смещения детали 14 вдоль оси камеры, определяется выражением где Ч вЂ” коэффициент увеличения формирующей оптической системы (7 (ci) .

Такой вид зависимости dS от дН позволяет небольшим перемещением каретки компенсировать значительное . изменение Н.

На этапе работы, соответствующем настройке, испарители 16 камеры 15 выключены, т.е. покрытие не наносится, монохроматор 9 установлен на заданную длину волны 3 . Ь связи с неизбежными биениями крупногабаритной

40 оптической детали 14 в процесее ее вращения электрический сигнал, снигде К!

Н.

dH,JD, .

/D — торцовое и радиальное биения детали 14 и,ее эксцентриситет соответственно.

Устройство позволяет вести контроль по отражению толщины пленок в процессе нанесения различных типов, оптических покрытий осаждением в вакууме практически при всех условиях, которые необходимы для получения:; крупногабаритных диэлектрических зеркал, свето- и спектроделителей и т.п. с требуемыми параметрами для любых областей спектра.

Устройство может быть использовано также при нанесении покрытий на детали любых размеров.

В предлагаемом устройстве оптические элементы, за исключением фотометз 134694 маемый с ПРБ 10, содержит наряду с постоянной переменную составляющую, которая имеет частоту, определяемую периодом вращения оптической детали 14. 5

Переменная составляющая обусловлена смещением лучей при вращении оптической детали 14. Смещение возникает вследствие торцового биения повернхости А, а в случае неплоской детали также ее эксцентриситета.

Переменная составляющая достигает минимального значения, когда на входную щель монохроматора 9 спроектировано изображение поверхности А детали 14. При этом исключается смещение пучка относительно входной щели, где

его сечение наименьшее.

При настроенном устройстве изображение источника 1 проектируется на плоскость А детали 14, а в отраженном ходе излучения — на входную щель монохроматора 9.В этом случае настройка устройства, соответствующая ми25 нимальной нестабильности отсчета, обеспечивает максимальный средний сигнал,т.е. наибольшую чувствительность устройства.

После окончания настройки приступают к осаждению на поверхность А ЗО детали 14 веществ, образующих слои покрытия. Вещества, образующие пленки, поочередно испаряются из испарителей 16. Процесс осаждения каждой пленки прекращают при достижении ею З5 требуемой толщины, чему соответствует расчетное значение спектрального коэффициента отражения (R) поверхности А с наносимым покрытием.

При контроле проекционный объек- 40 тив 3 создает изображение источника

1 излучения в плоскости шторки 4 с отверстием. Отраженная светоделителем 5 часть лучистого потока направляется на угловой отражатель 6 и да- 45 лее с помощью объектива 7 и зеркала 8 через фотометрическое окно 17 проектируют источник на поверхность

A оптической детали 14. Лучистый поток, отраженныи поверхностью А с 50 контролируемой пленкой, направляется формирующей системой (элементы 8 и

7), угловым отражателем 6 через светоделитель 5 на входную щель монохроматора 9. 55

Из всего лучистого потока, попавшего в монохроматор, в приемнорегистрирующий блок 10 направляется излучение с заданной длиной 1 вот"

4 ны. В блоке 1О поток преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный коэффициенту отражения К(1) поверхности А. Сигнал поступает на два выхода. К одному из них подключен блок 13 управления и настройки.

С второго выхода (не показан) сигнал подается на отсчетный прибор и (или) на исполнительное устройство, прек" ращающее осаждение вещества, образующего контролируемую пленку, при достижении заданного значения К(1).

Снижение точности контроля, вызванное перемещением лучей на оптичес" ких элементах (кроме входной щели монохроматора), исключается выбором размеров диафрагмы 2 в процессе под- готовки устройства к работе. Световой размер d диафрагмы 2 определен из условий

+ О П

Й. — 2Н. < — — + — — — — )1

R коэффициент, учитывающий изменение размера сечения пучка при прохождении лучей от диафрагмы 2 до i-го элемента; световой размер i-го оптического элемента, расположенного между деталью 14 и

ПРБ 109 эффективный оптический путь от поверхности А детали 14 до i-го элемента; диаметр крупногабаритной оптической детали 14; радиус кривизны поверхности А;

Формула из обретения

Составитель Н. Солоухин

Техред N.Õoäàêè÷

Корректор А. Зимокосов

Редактор Н. Тупица

Заказ 5112/40

Тираж 676

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13C35 Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13469 рического окна 17, выполнены зеркальными, что делает спектральный диапазон работы устройства практически неограниченным.

Устройство для контроля толщины пленки в процессе нанесения ее на крупногабаритную оптическую деталь путем осаждения веществ в вакууме, содержащее источник излучения, последовательно расположенные по направлению излучения светоделитель и формирующую оптическую систему и последовательно расположенные в обратном ходе излучения от крупногабаритной оптической. детали за светодеI лителем монохроматор и приемно-регистрирующий блок, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено угловым зеркалом, расположенным между светоделителем и формирующей оптической системой, кареткой,.на которой расположено угловое зеркало, установленной с возможностью перемещения вдоль биссектрисы угла углового зеркала, приводом перемещения каретки, блоком управления и настройки, вход которого электрически соединен с приемно-регистрирующим блоком, а выходс приводом каретки, проекционным объективом и диафрагмой,установленными последовательно по направлению излучения.