Интерферометр

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения погрешности фиксации угловых значений, соответствующих интерференционным минимумом. Интерферометр содержит оптически связанные лазер 1. гониометрический блок вращающейся платформой 2 с установленными на ней механическим корректором и зеркалом 7 Ллойда и фотоприемник 3. На механическом корректоре 4 установлена подвижная каретка 5, предназначенная для фиксации измеряемой пленки 6. По команде блока 14 начальной установки блоки 11 и 12 информации и управления подготавливаются к циклу измерения. По команде блока 15 запуска блок 12 управления начинает вырабатывать тактовые импульсы, по фронту которых в блок 8 интерполяции ззписыва

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

РРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4401706/28 (22) 04.04.88 (46) 07.05.91. Бюл. N 17 (72) Е.M.Båëè÷åíêo, Ю.Г.Вульчин, М.С.Швец и Г.M.Äåìêèâ (53)531,7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

f4 778442, кл. 6 01 В 11/06, 1980. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет уменьшения погрешности фиксации угловых значений, соответствующих интерфе„, ЯЦ„„1647237 Al ренционным минимумом. Интерферометр содержит оптически связанные лазер 1, гониометрический блок вращающейся платформой 2 с установленными на ней механическим корректором и зеркалом 7

Ллойда и фотоприемник 3. На механическом корректоре 4 установлена подвижная каретка 5, предназначенная для фиксации измеряемой пленки 6. По команде блока 14 начальной установки блоки 11 и 12 информации и управления подготавливаются к циклу измерения. По команде блока 15 запуска блок 12 управления начинает вырабатывать тактовые импульсы, по фронту которых в блок 8.интерполяции записыва1647237

30

45 ются значения сигналов, поступающих с выхода фотоприемника 3 через повторитель 8, а по спаду тактовых импульсов приводится в движение блоком 13 шаговый двигатель, и исследуемая пленка 6 поворачивается блоком 2 на определенный угол относительно предыдущего состояния. Минимум интерфеИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения толщины прозрачных пленок.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет уменьшения погрешности фиксации угловых значений, соответствующих интерференционным минимумам, На фиг.1 приведена блок-схема интерферометра; на фиг.2 — временные диаграммы сигналов на выходах элементов интерферометра.

Интерферометр содержит оптически связанные лазер 1, гониометрический блок с вращающейся платформой 2 и фотоприемник 3, механический корректор 4, жестко установленный на платформе 2 гониометрического блока, подвижную каретку 5, расположенную на механическом корректоре 4 и предназначенную для размещения исследуемой пленки 6, зеркало 7 Ллойда, установленное на платформе 2 гониметрического блока перпендикулярно плоскости перемещения подвижной каретки 5, повторитель 8, 25 вход которого соединен с выходом фотоприемника 3, блок 9 интерполяции, первый вход которого соединен с выходом повторителя 8, компаратор 10, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 9.интерполяции, блок 11 информации, блок 12 уп равления, блок 13 шагового двигателя. блок

14 начальной установки, выход которого соединен с входами начальной установки блоков 11 и 12 информации и управления, блок

15 запуска, выход которого соединен с входом запуска блока 12 управления, вход соединен с выходом блока 14 начальной установки, управляющий вход блока 12 управления соединен с выходом блока 11 информации, выход тактовых импульсов — с вторым входом блока 9 интерполяции и входом блока 13 шагового двигателя, первый и второй управляющие выходы (опроса и разрешения) — соответственно с первым и вторым управляющими входами {опроса и разрешения) блока 11 информации, первый и второй информационные входы которого

1 ренционного сигнала фиксируется компаратором 10, по сигналу с выхода которого в блок 11 информации записывается число дискретных отсчетов с блока 12 управления, По зафиксированным двум соседним минимумам и соответствующим им значениям углов рассчитывается тощина пленки 6. 2 ил. (записи и информации) соединены соответственно с выходом компаратора 10 и информационным выходом блока 12 управления, Интерферометр работает следующим образом.

Приводится в исходное состояние гониометрический блок с подвижной платформой 2 и исследуемой пленкой 6, зафиксированной на подвижной каретке 5 с помощью блока 13 шагового двигателя. Затем в исходное состояние устанавливаются блоки информации 11 и управления 12 путем подачи короткого импульса с выхода блока 14 начальной установки на входы начальной установки (фиг.2а), По спаду импульса начальной установки блоком 15 запуска формируется короткий импульс, поступающий на вход запуска блока 12 управления (фиг.2б), на выходах опроса и тактовых импульсов которого формируются соответствующие сигналы (см. фиг.2в,г).

Разрядность счетчика блока 12 управления выбирается с учетом требуемой точности интерферометра. По фронту тактовых импульсов в регистр блока 9 интерполяции записываются значения сигналов, поступающих с выхода фотоприемника 3 через повторитель 8, à по спаду тактовых импульсов приводится в движение блоком 13 шаговый двигатель, и исследуемая пленка 6 поворачивается блоком 2 на угол ЛО относительно предыдущего состояния. Новое значение сигнала фотоприемника 3, соответствующее новому положению пленки 6 относительно луча лазера 1, записывается в блок 9 интерполяции по фронту следующего тактового импульса, причем запись производится после успокоения платформы гониометрического блока 2 (с учетом необходимого времени успокоения выбирается частота тактовых импульсов). Далее процессы записи сигналов от фотоприемника 3 в блок 9 интерполяции и вращение гониметрического блока 2 с пленкой 6 повторяются.

Ьлок 9 интерполяции восстанавливает сигнал, поступающий на его вход в виде дискретных отсчетов. Причем по первому выходу формируется непрерывный сигнал, 1647237

25

35

45

50 ка 12 управления.

55 задержанный относительно реального сигнала фотоприемника 3 на один такт интервала дискретизации, а по второму выходу— сигнал, задержанный на пять интервалов дискретизации относительно входного или на четыре интервала дискретизации относительно сигнала, формируемого на первом выходе блока 9 интерполяции. Сигналы с обоих выходов блока 9 интерполяции сравниваются компаратором 10, и в момент их равенства на выходе компаратора 10 происходит изменение уровня напряжения с положительного на отрицательный или наоборот, в зависимости от соотношения разности сигналов на входах компаратора 10.

Так как сигнал, соответствующий интерференционной картине, имеет вид синусоиды и между сигналами обеспечивается постоянная задержка с помощью блока 9 интерполяции, то как видно из фиг,2е, точка пересечения кривых 1 и 2 (фиг.2) будет задержана относительно экстремумов на половину времени задержки между сигналами на выходе блока 9 интерполяции. Таким образом, с помощью блока 9 интерполяции и компаратора 10 осуществляется фиксация экстремумов сигнала интерференционной картины по изменению сигнала на выходе компаратора 10. Момент фиксации экстремумов фактически задержан относительно действительных экстремумов, что нужно учитывать, Кроме того, очевидно, что задержка между сравниваемыми сигналами определяется требуемой точностью фиксации равенства сигналов с помощью компаратора 10. Чем больше крутизна сравниваемых сигналов в момент их равенства, тем меньше погрешность фиксации при одинаковой зоне нечувствительности компаратора 10, Блок 11 информации обеспечивает запоминание входной информации, причем запись информации происходит с привязкой r. фронту импульса на входе записи поочередно в каждое оперативное запоминающее устройство блока 11 информации. Входная информация блока 11 информации соответствует числу интервалов дискретизации ипоступает с информационного выхода блоБлок 13 обеспечивает управление приводом шагового двигателя в прямом или обратном направлении. На фиг.2д показан сигнал интерференционной картины при условии, что изменение положения пленки 6 относительно луча лазера 1 происходит непрерывно, а на фиг, 2е, ж — сигналы, формируемые на выходах блока 9 интерполяции и компаратора 10.

Как видно, момент фиксации максимума, а также минимума интерференционной картины с помощью блока 9 интерполяции и компаратора 10 задержан относительно действительных максимумов или минимумов на три периода тактовой частоты, что учитывается при построении дешифратора блока 12 управления. В результате записанное число импульсов в первое ОЗУ блока 11 информации соответствует реальному значению угла И, соответствующего первому минимуму, равному

Oi = C4 + (R1 - 3) Л О где C4 — значение угла, соответствующее начальному состоянию гониометрического блока 2;

R> — количество дискретных поворотов шагового двигателя от исходного состояния до момента фиксации первого минимума;

AO- значение угла при одном повороте шагового двигателя.

Число импульсов, записанных во второе

ОЗУ блока 11 информации, соответствует значению угла <Э при втором минимуме интерференционной картины

6Ъ =6, +(Вг — 3) Л О, где Rz — количество дискретных поворотов шагового двигателя от исходного состояния до момента фиксации второго минимума, После переписи информации во второе

ОЗУ задержанным импульсом переписи происходит запрещение работы генератора блока 12 управления до следующего сигнала начальной установки. Имея значения углов, соответствующих минимумам интерференционной картины, определяют толщину исследуемой пленки б по известной зависимости

i = N — (n) — п1 sin Oi) 2 ! =(N. +1) + (п — n) sin Cb) z

А где! — толщина пленки;

n>, nz — показатель преломления пленки и среды, соответственно;

А- длина волны монохроматического излучения;

n — целое число.

Формула изобретения

Интерферометр, содержащий оптически связанные лазер, гониометрический блок с вращающейся платформой и фотоприемник, механический корректор, жестко установленный на платформе гониометрического блока, подвижную каретку, расположенную на механическом корректоре и предназначенную для размещения исследуемой пленки, зеркало Ллойда, установлен1647237

Р

i)

Il г) ж) Аыг..г

Составитель С. Конюхов

Техред М.Моргентал Корректор T. Колб

Редактор В. Данко

Заказ 1388 Тираж. 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комйтета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;. 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ное на платформе гониометрического блока перпендикулярно плоскости перемещения подвижной каретки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен повторителем, вход которого соединен с выходом фотоприемника, блоком интерполяции, первый вход которого соединен с выходом повторителя, компаратором, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами блока интерпоЛяции, блоком информации, блоком управления, блоком начальной установки, блоком запуска и блоком шагового двигателя, вход которого соединен с вторым входом блока интерполяции и выходом тактовых импульсов блока управления, первый и второй управляющие выходы которого соединены с первым и вторым управляющими входами блока информации соответствен5 но, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и информационным выходом блока управления, выход соединен с управляющим входом блока управления, 10 входы начальной установки блоков информации и управления соединены с выходом блока начальной установки, вход запуска блока управления соединен с выходом блока, вход которого соединен с выходом блока

15 начальной установки.