Автореферат (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 3

Это отличиестоль велико, что оценить глубину профиля ДР на основе измеренийинтенсивностей в главных максимумах дифракционной картины при такихпараметрах подсветки практически невозможно.а)б)Рис. 4. Графики калибровочных зависимостей при отсутствии и наличиислучайных искажений «трапецеидального» профиля9На Рис. 4,б представлены графики калибровочных зависимостей, которыерассчитаны для тех же условий, но при подсветке ДР излучением на длине волныλ = 0,65 мкм .

Из графиков следует, что в данном случае методическая погрешностьизмерения глубины профиля в окрестности её номинального значения d=0,30 мкм непревышает значения ∆ d ≈ 0,003 мкм даже при СКО случайных искажений, равномσ ξ = 0,02 мкм . Таким образом, за счёт выбора длины волны источника излучения иугла подсветки ДР можно минимизировать методическую погрешность измеренияглубины рельефа в окрестности заданных номинальных значений.На основе проведённых исследований обоснована методика объективногоконтроля качества, основные положения которой заключаются в следующем:1.Контроль производится на всех стадиях технологического процесса;2.Методика базируется как на прямых, так и на косвенных измерениях,причём прямые измерения используются для получения исходной информации отиповых значениях параметров формы профиля ДР;3.При изготовлении мастер-матриц ЗГ задачами контроля являются:− обнаружение локальных дефектов микрорельефа;− измерение параметров ДР, в фрагментах микрорельефа мастер-матрицы,содержащих дефекты;− выборочный контроль фрагментов микрорельефа с целью определениятиповых значений параметров элементарных ДР.4.Контроль износа рабочих матриц производится путём выборочнойоценки качества образцов ЗГ в процессе выпуска тиража, но с контролем образцовЗГ пробной серии на основе прямых измерений, результаты которого используютсядля расчёта калибровочных зависимостей при оперативном контроле ЗГ на основекосвенных измерений.В третьей главе изложена методика проектирования оптико-электронныхприборов (ОЭП) для контроля качества защитных голограмм и результатыэкспериментальных исследований макетного образца ОЭП, разработанного наоснове этой методики.Согласно изложенной во второй главе методике контроля качества защитныхголограмм, на первоначальном этапе требуется проверить наличие локальныхдефектов на ЗГ.

Для обнаружения локальных дефектов предложено использоватьоптико-электронный прибор, функциональная схема которого защищенапатентом РФ № 157473.При выборочном контроле параметров профиля ДР ЗГ предложеноиспользовать ОЭП контроля качества защитных голограмм при подсветкекогерентным излучением под углом к нормали плоскости ЗГ. Функциональнаясхема такого оптико-электронного прибора представлена на Рис. 5.В состав схемы входят: 1 – блок лазерных диодов с системой формированияпучков излучения; 2 – контролируемый образец ЗГ; 3 – линейка ПЗС приёмниковизлучения; 4 – компьютер; 5 – блок светодиодов канала наведения; 6 – ТВ-камераканала наведения; 7 – приводы моторизированной системы линейных и угловыхперемещений контролируемого образца ЗГ; 8 – контроллеры приводовмоторизированной системы линейных и угловых перемещений; 9 – оптическая10головка.При выполнении измерений с помощью линейки ПЗС приёмниковрегистрируются координаты порядковm = 1, 2, 3...

главных максимумовдифракционной картины, а также значения интенсивностей в этих максимумах. Поизмеренным значениям в компьютере вычисляются пространственный период иглубина профиля ДР. Глубина определяется по вычисленным калибровочнымзависимостям, а пространственный период T0 рассчитывается по формулеλ,T0 =sin β1 − sin β 2где β1 и β 2 – угловое положение первого и второго главных максимумов.Рис.

5. Функциональная схема ОЭП для контроля качества ЗГ при подсветкепод углом к нормали плоскости защитной голограммы11Данная функциональная схема была взята за основу при создании макетногообразца ОЭП, предназначенного для контроля ЗГ на основе метода косвенныхизмерений.Разработана методика проектирования ОЭП на системотехническом уровне.Для этого на основе анализа параметров серийных образцов ЗГ были обоснованыСКО допустимой погрешности измерения пространственного периода, равноеσ Tдоп ≤ 0,010 мкм , и СКО допустимой погрешности измерения глубины профиляσ dдоп ≤ 0,006 мкм , а также определен перечень исходных данных для проектирования.В методике проектирования ОЭП контроля качества ЗГ изложеныTрекомендации по расчёту составляющих вектораa = (α , λ , h, Tx , EП , Pл )конструктивных параметров прибора, в том числе, длины волны λ и мощности Pлизлучения лазерных диодов, угла α подсветки, расстояния h от плоскостиконтролируемой ЗГ до плоскости линейки ПЗС.

Сформулированы рекомендации повыбору линейки ПЗС приёмников, исходя из расчётных технических характеристик,таких как период Tx расположения чувствительных элементов и пороговаяосвещённость EП .Расстояние h от плоскости контролируемой защитной голограммы доплоскости линейки ПЗС выбирается из двух условий, первое из которыхзаключается в обеспечении регистрации главных максимумов до m − го порядка, авторое заключается в выполнении условия дифракции Фраунгофера.

Эти условияимеют вид2l ЛПЗСN ⋅ Tx )(; h >>,h≤2tg β max16λгде lЛПЗС – длина линейки ПЗС приёмников, Tx − период расположениячувствительных элементов, N − количество чувствительных элементов, на которыепопадает излучение, β max – угол дифракции m − го главного максимума.Значение периода Tx влияет на погрешность определения пространственногопериода T0 ДР контролируемых ЗГ, так как конечные размеры чувствительногоэлемента вносят неопределённость в определение пространственных координат x1 иx2 первого и второго главных максимумов дифракционной картины в плоскостичувствительных элементов линейки ПЗС приёмников. Выражение для определенияпериода Tx имеет видTx ≤ δβ2 ⋅ h ,cos β maxгде δβ – погрешность измерения угловых координат главных максимумов,которая определяется по формулеδβ ≤12σдопT(sin β1− sin β 2 )cos β1 − cos β 22.Погрешность измерения глубины профиля ДР зависит от погрешностивычисления калибровочной зависимости R21 ( d ) , определяемой отношениеминтенсивностей первого и второго главных максимумов дифракционной картины.Кроме случайных искажений профиля, на вычисленное значение R21 ( d ) влияютаддитивные помехи линейки ПЗС приёмников.

При допущении о большихзначениях µ0 пикового отношения сигнала к шуму выведено выражение,позволяющее оценить погрешность вычисления отношения измеряемых величин.Это выражение имеет вид0,5где2I1  11 3−+σ D (µ1 ) = ⋅ 2 ,I 2  µ ⋅ I 2 µ1 I 1 4 ⋅  µ1 ⋅ 2  ⋅ µ12 I1I1 I1 и I 2 − значения интенсивностей в первом и втором главных максимумах,I1− пиковое отношение сигнала к шуму, σ N − СКО аддитивного шума.σNНа Рис. 6 приведены графики зависимостей СКО отношения измеряемыхинтенсивностей от пикового отношения сигнала к шуму. Сплошная криваяопределяет эту зависимость при условии, что I1 I 2 = 1 0,7 , т.е.

I1 > I 2 , а пунктирная –при обратном условии, когда I 2 > I1 .µ1=Рис. 6. Иллюстрация зависимости СКО отношения измеряемыхинтенсивностей от пикового отношения сигнала к шумуВ случае, когда делитель превышает делимое при пиковом отношении сигналак шуму µ0 ≥ 10 , СКО погрешности частного не превышает значения σ D ≈ 0,025 .13Выведенная формула позволяет рассчитать мощность PЛ лазерных диодов,при которой для заданной пороговой освещённости EП линейки ПЗСобеспечивается допустимая погрешность оценки глубины рельефа ДР ЗГ.Оптимизацию составляющих вектора конструктивных параметров припроектировании ОЭП контроля качества ЗГ предлагается осуществлять методоммноговариантного анализа.

Критерием оптимизации является минимальноезначений СКО σ d погрешности измерения глубины микрорельефа и СКО σ Tпогрешности измерения пространственного периода, а именно min {σ d , σ T } .aМетодика проектирования была использована при разработке макетногообразца ОЭП для контроля качества ЗГ. Внешний вид данного ОЭП представлен наРис. 7.Рис. 7. Внешний вид макетного образца ОЭП контроля качества ЗГМакетный образец ОЭП был использован при проведении экспериментальныхисследований, которые проводились в два этапа. На первом этапе осуществляласьпроверка адекватности математического описания явления дифракции с учётомслучайных искажений профиля дифракционных решёток ЗГ.

На втором этапеоценивалась погрешность макетного образца ОЭП, предназначенного для контролязащитных голограмм на основе косвенных измерений параметров профиля ДР.Для проведения первого этапа было изготовлено 5 тестовых образцов фазовыхДР с одинаковым пространственным периодом, но различной глубиной профиля.В ходе проведения первого этапа исследований было установлено, чтоотличие значений глубины профиля ДР, полученных на основе косвенныхизмерений, при учёте случайных искажений формы профиля от значений,полученных на основе прямых измерений, не превышает значения 0,0026 мкм , т.е.