Лазерный проекционный микроскоп

 

Использование: квантовая электроника, лазерные проекционные системы, микроэлектроника , биология, медицина, металлография . Сущность изобретения: устройство содержит активный элемент лазера, объектив , систему визуального контроля, непрозрачный неотражающий экран, Экран выполнен в виде сегмента круга, хорда которого заведена за оптическую ось на расстояние , превышающее радиус поля зренил объектива.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 21/55

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4765460/25 (22) 07.12.89 (46) 23.04.92. Бюл. М 15 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теп-. лофизики АН УЗССР (72)А. М. Бакиев, С. Х. Валиев и Н. В. Кряжев (53) 535.024(088,8) (56) Беляев В. П. и др. Установка визуального контроля ИС с лазерным проектором.—

Электронная промышленность, 1976, т. 53, вып. 5, с. 39-40.

Земсков К. И, и др. Исследование основных характеристик лазерного проекционно-го микроскопа. — Квантовая электроника, 1976, т. 3, N. 11, с. 35 — 43;

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к лазерным проекционным системам, и может быть использовано для визуального контроля объектов микроэлектроники, биологии, медицины, металлографии.

Известен лазерный проекционный микроскоп для визуального контроля, предназначенный для проверки качества ИС и содержащий активный элемент лазера, по одну сторону которого вдоль оптической оси установлен объектив, вблизи фокальной плоскости которого помещен наблюдаемый объект, а по другую сторону- проекционная система. содержащая сферическое зеркало.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лазерный . проекционный микроскоп, содержащий ак-. тивный элемент лазера, по одну сторону.которого вдоль его оптической оси расположен объектив, вблизи фокальной Ж ) 1728736 А1 (54) ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ МИКРОСКОП (57) Использование: квантовая электроника, лазерные проекционные системы, микроэлектроника, биология, медицина, металлография. Сущность изобретения: устройство содержит активный элемент лазера, объектив, систему визуального контроля, непрозрачный неотражающий экран. Экран выполнен в виде сегмента круга, хорда которого заведена за оптическую ось на расстояние, превышающее радиус поля зрения объектива. 2 ил. плоскости которого помещен наблюдаемый объект, а по другую — система визуально о контроля.

Укаэанные устройства позволяют получать изображения малых обьектов на больших экранах с достаточно большой яркостью.

Однако для них характерна относительно низкая информативность иэображения объекта на экране. Это обусловлено тем, что отраженный от поверхности объекта свет (несущий информацию от поверхности наблюдаемого объекта и усиленный по яркости при прохождении через рабочую среду активного элемента лазера) состоит из света, претерпевающего прямое отражение, и света, претерпевающего диффузное рассеянное отражение.

Прямое отражение происходит преимущественно от плоских участков поверхности объектов. В случае объектов микроэлектро1728736 ники, получаемых методом планарной технологии, прямое отражение происходит от участков, подвергнутых однородной обработке (травление, оса>кдение). Диффузное рассеянное отражение происходит от неоднородных участков-краев, ступенек. При прямом отражении энергия (интенсивность) излучения значительно больше, чем при диффузном рассеянном, и первое излучение "забивает" второе, В результате изображение на экране оказывается малоинформативным.

Целью изобретения является повыше, ние информативности изображения путем реализации метода темного поля, т. е. путем исключения прямого отражения.

На фиг. 1 приведена схема лазерного проекционного микроскопа; на фиг. 2 — вид экрана.

Микроскоп содержит активный элемент

1 лазера, по одну сторону которого вдоль оптической оси расположен объектив 2, вблизи фокальной плоскости которого помещен наблюдаемый объект 3, а по другую сторону — система 4 визуального контроля.

Вблизи объектива 2 расположен экран 5, плоскость — 6 располо>кения объекта 3, оптически сопряженная ей плоскость 7 иэобра>кения, Экран 5 может быть расположен с любой стороны объектива 2, однако технически удобнее располагать его со стороны активного элемента 1 лазера. Экран 5 выполнен непрозрачным и неотражающим и представляет собой сегмент круга, хорда которого заведена за оптическую ось на расстояние Хс, превышающее радиус поля зрения объектива r .

Система 4 визуального контроля может представлять собой проекционную оптическую систему с экраном, телеприемник с выводом иэображения на экран телевизора.

Экран 5 может быть выполнен с воэможностью поворота вокруг оптической оси микроскопа.

Расстояние Х, на которое край экрана

5 заведен за оптическую ось, превышающее радиус поля зрения объектива гл, выбрано, исходя из условия, что излучение, зеркально отраженное от поверхности объекта, располо>кенного в плоскости 6, не попадает после своего обратного происхождения через объектив 2 в рабочую среду активного элемента

1 лазера и, в конечном счете, в систему визуального контроля.

Рассмотрим луч, участвующий в построении изображения в плоскости 7 в точке с координатой Х. Из объектива 2 этот луч выходит из точки с координатой Хл под углом а к оптической оси в плоскости XOZ,ãäå а= (Х вЂ” Х)/Ь, Ь вЂ” расстояние от главной плоскости объектива 2 до плоскости изображения

7. Очевидно, что луч, обратный рассматриваемому, при зеркальном отражении от объ5 екта 3 и после прохождения через объектив

2 через точку с координатой Х должен быть закрыт экраном, так как в противном случае нарушается условие освещения по методу темного поля. Поэтому должны выполняться

10 условия

У h> Х ;

Х1 аХ

Матрица прохождения луча через объектив к объекту, зеркального отражения от

15 него и распространение обратно к объективу имеет вид

1а 1а 10 1- — 2а

01 01 — 1

1 I

f f

1 где а — расстояние от объектива до плоскости 6 объекта;

f — фокусное расстояние объектива.

Луч, пересекающий входную плоскость

25 в точке X под углом а к оптической оси, после прохождения через оптическую систему, описываемую матрицей с параметрами Л, В, С, D, на выходе имеет координату

Х и угол наклона а, связанные с входными <

30 параметрами луча соотношением ("-1),(" ) О т. е. Х = Ах+ Ва. Как было выведено А

= 1 — 2a/f и В = 2а. Поэтому можно сразу

35 написать соотношение, связывающее величины Х и Хр

Xj = {1 — — — — ) Х вЂ” — .

2а 2а 2ах

b Ь

Величины а и Ь связаны соотношением

40 Ь л ь7Г:л

Тогда

2Х лл = — ульд — — В соответствии с приведенными услови2Х < — >< — 1- — лл + Хл для всех Х>, удовлетворяющих условию

50 Х,>Х,, Поэтому — — — — =" 2 Хд °

2 г

Ь7à — 1

-X

Xd 1 1

Поскольку Х g f-r, г), где r — радиус изображения поверхности объекта в плоскости

7, то должно выполняться условие

r ra ь7" =1 ь

1728736 поскольку отношение радиуса объекта к радиусу его изображения равно а/b.

Соотношение выведено для распространения луча в плоскости XOZ (оптическая ось системы совпадает с осью OZ). Но для произвольной плоскости, параллельной плоскости XOZ и находящейся от нее на расстоянии h y, должно выполняться то же самое неравенство, поскольку любой луч, выходящий из точки (Хо, О, Z<) объекта, приходит в соответствующую точку (Xu, О, Zu) изображения. Это относится и к лучам, Ilo падающим в объектив в точку с координатой (Хл, Лу, ZQ. Но для таких лучей все уравнения записываются таким же образом,.как и для лучей, распространяющихся в плоскости (XOZ). Поэтому соотношение должно выполняться для диафрагмы и всех значений

Луб(-г, гд), где rp - радиус объектива.

Микроскоп работает следующим образом.

Часть излучения, генерируемого активным элементом 1 лазера, проходит мимо экрана 5 и через объектив 2 попадает на поверхность наблюдаемого объекта 3. (Другая часть этого излучения, попавшая на поверхность экрана 5, в работе микроскопа не участвует; поскольку экран выполнен непрозрачным и неотражающим).

Отраженное от объекта 3 излучение, несущее информацию о поверхности этого объекта, состоит из двух составляющих: зеркально отраженного и диффузно рассеянного. Расположение экрана таким образом, чтобы его край был заведен на расстояние, превышающее радиус поля зрения объектива 2 за плоскость, проходящую через оптическую ось, позволяет исключить попадание зеркально отраженного излучения в рабочую среду активного элемента 1 лазера.

Благодаря этому в рабочую среду активного элемента 1 возвращается (снова проходя через объектив 2 и мимо экрана 5) только диффузно рассеянное излучение. При flpoхождении этого излучения через активный элемент лазера происходит его усиление по яркости. Это усиленное излучение, несуще -.. информацию о поверхности наблюдаемого объекта 3, и воспринимается системой 4 визуального контроля.

5 Таким образом, в микроскопе осуществлен метод темного поля: информацию о поверхности наблюдаемого объекта несет только диффузно рассеянное излучение.

Введение экрана позволило исключить из

10 работы зеркально отраженное излучение, Этим самым обеспечивается повышение информативности изображения, так как становятся видимыми объекты, неразличимые .при обычном методе освещения, 15 Работоспособность микроскопа в режиме темного поля однозначно сохраняется при любом расположении экрана 5 относительно оптической оси при фиксированном расстоянии от оси.до края диафрагмы, При

20 повороте диафрагмы изменяется лишь геометрия освещения обьекта, что дает возможность получения более полной информации об объекте;

Микроскоп пригоден для исследования

25 большого класса объектов, как в стационарном, так и в динамическом режиме, когдс объект подвержен внешнему воздействию например при лазерной обработке или пр наблюдении за подвижными объектами (жи

30 вые биологические ткани, потоки и др.).

Формула изобретения . Лазерный проекционный микроскоп, содержащий активный элемент лазера, по

35 одну сторону которого на оптической оси установлен объектив, а по другую — система визуального контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности изображения, объектив снабжен не40 прозрачным неотражающим экраном, выполненным в виде сегмента круга, установленного так, что геометрический центр круга совмещен с оптической осью устройства, а хорда круга находится от геометри45 ческого центра круга на расстоянии, превышающем радиус поля зрения объектива.

1728736

Фиг. /

Составитель С.Голубев

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор М.Янкович

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1402 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5