Диссертация (Методы и оптико-электронные приборы для контроля качества защитных голограмм), страница 16

Прибор позволяет измерить взаимноерасположениеэлементарныхДР,периодмикрорельефа,атакжеконтролировать наличие и координаты дефектов микрорельефа. Недостаткомприбора является невозможность проведения контроля глубины микрорельефа.3.1.2. Функциональная схема оптико-электронного прибора дляконтроля качества защитных голограмм на основе косвенных измеренийКак было показано в главе 2, при наличии исходной информации опараметрах формы микрорельефа основными параметрами, влияющими нараспределение интенсивности в главных максимумах дифракционной картины,являются пространственный период и глубина микрорельефа дифракционныхрешёток ЗГ.

Следовательно, приборы, предназначенные для контроля качестваЗГ на основе косвенных измерений, должны обеспечивать измерение этихпараметров.Предложена функциональная схема ОЭП для контроля качествазащитных голограмм на основе косвенных измерений глубины микрорельефа,принцип действия которого основан на подсветке когерентным излучениемконтролируемой области ЗГ и последующей регистрацией дифракционнойкартины фотоприёмным устройством. На Рис. 3.2, а и Рис. 3.2, б представлена126функциональная схема этого оптико-электронного прибора, в которомосуществляется подсветка когерентным излучением под углом к нормалиплоскости ЗГ.В состав схемы входят: 1 – блок лазерных диодов с системойформирования пучков излучения; 2 – контролируемый образец ЗГ; 3 – линейкаПЗС; 4 – компьютер; 5 – блок светодиодов канала наведения; 6 – ТВ-камераканала наведения; 7 – моторизированные приводы системы линейных иугловых перемещений контролируемого образца ЗГ; 8 – контроллеры приводовмоторизированной системы линейных и угловых перемещений; 9 – оптическаяголовка.Рис.

3.2, а. Функциональная схема ОЭП для контроля качества ЗГ приподсветкеголограммыподуглом к нормали плоскостизащитной127Рис. 3.2, б. Функциональная схема ОЭП для контроля качества ЗГ приподсветкеподуглом к нормали плоскостизащитнойголограммы (Вид А)Конструктивно линейка ПЗС и ТВ-камера с блоком светодиодов каналанаведения объединены в единый узел 9 – оптическую головку, имеющуювозможностьплоскопараллельногоперемещениявплоскостичертежа (см. Рис.

3.2, б). Блок лазерных диодов с системой формированияпучков излучения и линейка ПЗС образуют канал контроля параметровэлементарных ДР защитных голограмм.Принцип действия прибора заключается в следующем. Первая операцияпривыполненииконтролязаключаетсявнаведенииприборанаконтролируемую зону ЗГ. При выполнении этой операции визирная ось ТВ-128камеры вручную совмещается с центром контролируемой зоны. С помощьюприводов 7 линейных и угловых перемещений осуществляется перемещениеконтролируемого образца ЗГ для наведения на конкретную область с наборомодинаковоориентированныхэлементарныхДР,вкоторойтребуетсяосуществить измерение параметров.

При наведении на контролируемую зонуподсветка поверхности ЗГ осуществляется излучением от блока 5 светодиодовканаланаведения.Послевыполненияэтойоперациипроизводитсяперемещение головки таким образом, чтобы плоскость, образованная осьюблока лазерных диодов и осью линейки ПЗС, проходила через центрконтролируемой зоны ЗГ.При выполнении измерений регистрируются координаты главныхмаксимумов дифракционной картины порядков m = 1,2,3... , а также значенияинтенсивностей в этих максимумах.

По измеренным значениям координат иинтенсивностей в компьютере вычисляются пространственный период иглубина рельефа. Глубина рельефа вычисляется по расчётным калибровочнымзависимостям.Выведемформулудлярасчётапространственногопериодапозарегистрированным координатам двух главных максимумов.Запишем условие интерференционных максимумов в видеsin=αmλ− sin β m ,T0(3.1)при m=1,sin α=λ− sin β1 ,T0(3.2)при m=2,sin=α2λ− sin β 2 .T0(3.3)Приравняв выражения, получим формулу для пространственного периодаT0 =гдеλsin β1 − sin β 2,(3.4)β1 и β 2 – угловое положение первого и второго главных максимумов.129Использованиепогрешность,формулыобусловленную(3.4)позволяетисключитьнеопределённостьювозможнуюзначенияуглаαподсветки ДР ЗГ.3.2.

Методика проектирования оптико-электронных приборов дляконтроля качества ЗГ и мастер-матриц ЗГ на основе косвенных измерений3.2.1.Постановказадачипроектированияоптико-электронныхприборов контроля качества ЗГ и мастер-матриц ЗГ на основе косвенныхизмеренийВдиссертацииотраженынаиболеесущественныеособенностипроектирования на системотехническом уровне ОЭП, предназначенных дляконтроля качества ЗГ и мастер-матриц ЗГ на основе косвенных измерений.Из изложенного во второй главе следует, что возможны два вариантапостроения ОЭП, которые могут быть использованы при косвенныхизменениях микрорельефа ЗГ. В первом варианте используется подсветкаэлементарных ДР по направлению нормали, а во втором – под углом к нормали.Достоинства второго варианта заключаются в следующем:1) больший, по сравнению с первым вариантом, диапазон значенийпространственного периода элементарных ДР, подлежащих контролю;2)потенциальноменьшаяпогрешностьизмеренияглубинымикрорельефа, из-за использования калибровочной зависимости, котораяопределяется путём вычисления отношения значений интенсивностей второго ипервого главных максимумов дифракционной картины;3) больше диапазон однозначности калибровочной зависимости, впределах которого возможно измерение глубины рельефа;4) за счёт выбора угла подсветки и длины волны излучения можноминимизироватьСКОпогрешностиизмеренияглубинырельефа,обусловленной случайными искажениями рельефа.На основании изложенного выше, можно сделать вывод о том, что ОЭП,построенные по схеме с подсветкой под углом к нормали, являются более130предпочтительными.

Поэтому ниже излагается методика проектирования ОЭП,построенных по такой схеме.Основными показателями эффективности ОЭП являются СКО σ Tпогрешности измерения пространственного периода и СКО σ d погрешностиизмерения глубины рельефа элементарных ДР ЗГ. В техническом задании напроектирование ОЭП требуется определить предельно допустимые значенияуказанных погрешностей.На основе проведённых исследований по оценке изменения параметровмикрорельефа рабочих матриц в процессе выпуска тиражей ЗГ методом прямыхизмерений (см. подраздел 2.4.3) было установлено, что отклонения от среднегозначения пространственного периода при изготовлении ЗГ даже в одинаковыхусловиях технологического процесса достигают 4%, а глубины рельефа – 20%.В проведённых исследованиях пространственный период ДР имел значения впределах от 1,17 мкм до 1,3 мкм, а глубина микрорельефа – от 0,14 мкм до0,21 мкм.

Будем считать, что допустимые СКО погрешности ОЭП приизмерениях пространственного периода и глубины рельефа должны быть, покрайней мере, в 4-5 меньше значений указанных выше отклонений. Тогда СКОдопустимой погрешности измерения пространственного периода не должнопревышать величины σ Tдоп ≤ 0,010 мкм , а СКО допустимой погрешностиизмерения глубины рельефа не должно превышать величины σ dдоп ≤ 0,006 мкм .Исходными данными для проектирования ОЭП являются:- диапазон значений пространственного периода T0 элементарных ДР ЗГ,подлежащих измерению;- диапазон угловых ориентаций элементарных ДР ЗГ;- номинальныезначениясоставляющихвекторахарактеризующего форму микрорельефа ДР ЗГ;- диапазон значений глубины d микрорельефа ДР ЗГ;параметровP0 ,131- типовые значения вектора PN параметров случайных искажениймикрорельефа.Целью проектирования является определение значений конструктивныхпараметров составных частей ОЭП, при которых обеспечивается достижениезначенийосновныхпоказателейэффективностиОЭП.Впереченьконструктивных параметров составных частей ОЭП, определяемых в процессепроектирования, входят:1) габаритные параметры оптической системы ОЭП;2) параметры блока лазерных диодов с системой формирования пучковизлучения;3) параметры линейки ПЗС;4) параметры ТВ-камеры канала наведения;5) параметрымоторизированнойсистемылинейныхиугловыхперемещений контролируемого образца ЗГ;6) параметры компьютера.3.2.2.

Определение конструктивных параметров составных частейОЭПГабаритные параметры оптической системы ОЭПВпроцессегабаритногорасчётаоптическойсистемытребуетсяопределить параметры оптической системы ОЭП, в том числе, угол подсветки кнормали плоскости контролируемого образца ЗГ и расстояние от плоскости ЗГдо линейки ПЗС. Предварительное значение угла α подсветки определяется наоснове известного диапазона пространственных периодов элементарных ДР.Для этого можно использовать формулуα = arcsin  mλ − sin βm  .To(3.5)Из формулы (3.5) и Рис. 3.3 следует, что при заданных пространственномпериоде элементарных ДР контролируемой защитной голограммы и длиневолны лазерного излучения угол α подсветки ЗГ должен определяться из132соображенийминимизациирасстояниямеждуглавнымимаксимумамидифракционной картины, регистрируемыми линейкой ПЗС.Рис.