eng
Выпуск #7/2021
М. А. Завьялова, П. С. Завьялов, М. В. Савченко
Экспериментальные исследования волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования
Экспериментальные исследования волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования
Просмотры: 1485
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2021.15.7.598.609
В работе представлены результаты экспериментальных исследований волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования с разработанными гибридными рефракционно-дифракционными и гиперхроматическими объективами. Данный датчик позволяет определять положение контролируемых поверхностей с высоким разрешением (погрешность не превышает 0,1–1 мкм) на рабочих отрезках от 20 до 220 мкм.
В работе представлены результаты экспериментальных исследований волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования с разработанными гибридными рефракционно-дифракционными и гиперхроматическими объективами. Данный датчик позволяет определять положение контролируемых поверхностей с высоким разрешением (погрешность не превышает 0,1–1 мкм) на рабочих отрезках от 20 до 220 мкм.
Теги: chromatic coding method confocal sensor diffractive optical element laser micromachining of materials дифракционный оптический элемент конфокальный датчик лазерная микрообработка материалов метод хроматического кодирования
Экспериментальные исследования волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования
М. А. Завьялова, П. С. Завьялов, М. В. Савченко
Конструкторско-технологический институт
научного приборостроения СО РАН, Новосибирск, Россия
В работе представлены результаты экспериментальных исследований волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования с разработанными гибридными рефракционно-дифракционными и гиперхроматическими объективами. Данный датчик позволяет определять положение контролируемых поверхностей с высоким разрешением (погрешность не превышает 0,1–1 мкм) на рабочих отрезках от 20 до 220 мкм.
Ключевые слова: конфокальный датчик, метод хроматического кодирования, дифракционный оптический элемент, лазерная микрообработка материалов
Статья поступила: 11.10.2021
Статья принята: 25.11.2021
Введение
Лазерный синтез микроструктур на поверхности различных материалов требует разработки методов прецизионного позиционирования микрообъективов, осуществляющих фокусировку излучения. Для этих целей, как правило, используют оптические бесконтактные датчики, которые позволяют с высоким разрешением определить положение поверхности обрабатываемых объектов. Такие датчики применяются в лазерных технологических установках при синтезе высокоточных элементов фотоники с размерами от единиц мм до десятков нанометров [1–3].
Наиболее важными требованиями, предъявляемыми к оптическим бесконтактным датчикам, являются высокое быстродействие (до 1 МГц) и разрешение. К тому же задача проектирования таких датчиков усложняется для случаев записи микроструктур на трехмерных поверхностях, что актуально на данном этапе развития высокотехнологичной элементной базы [4, 5]. Так как синтезируемые элементы фотоники представляют собой оптически прозрачные среды с малым коэффициентом отражения, то такие датчики должны иметь необходимый запас по мощности зондирующего излучения.
Возможность синтеза микро- и наноструктур на плоских и криволинейных поверхностях позволяет производить уникальные оптические элементы и устройства на их основе, которые высоко востребованы в современной технике [6–9]. В течение последних 15–20 лет наблюдается впечатляющий прогресс в области создания лазерных технологических комплексов для обработки и структурирования различных типов материалов. Среди них уникальными являются системы, позволяющие проводить микро- и наноструктурирование трехмерных поверхностей с разрешением менее 0,1 мкм [10].
Для реализации многих из этих способов необходим точный контроль положения плоскости фокусировки рабочего микрообъектива, которая должна быть совмещена либо с плоскостью светочувствительного слоя, нанесенного на поверхность подложки, либо с поверхностью подложки. Датчик положения, входящий в систему автоматической фокусировки (САФ), необходим для постоянного удержания сфокусированного записывающего пятна на поверхности синтезируемого элемента во время записи со скоростями до 10 м / с. Важно отметить, что погрешность фокусировки, превышающая ±0,2 мкм (для объектива с числовой апертурой 0,65), приводит к существенному изменению размеров и формы записывающего пятна и, следовательно, параметров записи, а наклон оси объектива – к появлению погрешности координаты записи [11]. Если поверхность записи трехмерная, то задача усложняется и требует разработки и внедрения ранее не использовавшихся прецизионных методов автофокусировки. Разрабатываемые на этих принципах САФ позволяют контролировать технологические процессы с большой точностью. Как правило, такие системы содержат большое количество оригинальных датчиков, во многом определяющих эффективность технологического процесса.
Основные технические требования к датчикам контроля положения объектов
К датчикам контроля положения объектов, используемых в лазерных технологических установках для формирования микро- и наноструктур высокого качества, предъявляются следующие требования:
1. Компактность и встраиваемость в технологический лазерный канал.
Как правило, такие датчики необходимо встраивать в существующие оптические каналы технологических установок. Это связано с тем, что для фокусировки лазерного излучения в пятно диаметром 1 мкм и менее используются микрообъективы с большой числовой апертурой – от 0,65 и выше, и, следовательно, с малым рабочим отрезком, что затрудняет встраивание готового датчика непосредственно перед фокусирующим элементом. Зондирующее излучение датчика, таким образом, должно фокусироваться тем же элементом, что и излучение рабочего лазера.
2. Высокое быстродействие
Так как лазерные технологические установки имеют высокую скорость записи (до 10 м / с), то датчики положения должны выполнять прецизионное позиционирование исполнительных элементов при частоте сигнала от нескольких килогерц до 1 МГц.
3. Высокое разрешение
Для формирования микроструктур высокого качества с глубиной до нескольких десятков микрометров разрешение датчиков должно быть на порядок лучше – 1 мкм и менее.
4. Рабочий диапазон
Эта характеристика датчика связана с глубиной синтезируемых структур, а также определяет возможность структурирования криволинейных поверхностей (угол наклона касательной к поверхности не должен превышать 8° для микрообъективов с числовой апертурой 0,65).
5. Возможность записи на криволинейных поверхностях
Так как в этом случае зондирующее излучение датчиков контроля положения объектов может дополнительно изменять свои параметры из-за кривизны поверхности, то предварительно должна быть проведена оценка влияния кривизны на сигнал с датчика.
6. Расширенный функционал
Наряду с основной задачей таких датчиков в отслеживании линейного перемещения контролируемого объекта и преобразовании изменения его положения в соответствующий выходной сигнал, они должны осуществлять автоматический поиск обрабатываемой поверхности, определять размер сфокусированного пятна, измерять профиль полученных структур и т. д. Все это улучшает технические возможности лазерных технологических установок и позволяет повысить качество синтезируемых структур.
Оптические методы контроля поверхности, используемые в лазерных технологических комплексах, весьма разнообразны. К оптическим бесконтактным датчикам для измерения расстояний с высоким разрешением (менее 1 мкм) относят интерферометрические [12], триангуляционные [13] и конфокальные датчики [14, 15], которые выпускаются серийно и в больших объемах и в целом обеспечивают рост индустрии измерительного оборудования. Однако они удовлетворяют лишь части требований, описанных выше. Так, лазерные интерферометрические датчики имеют необходимые чувствительность и быстродействие, но при этом не могут быть совмещены с рабочим микрообъективом, фокусирующим лазерное излучение. Триангуляционные датчики могут измерить расстояние только до плоских поверхностей. Доступные коммерческие датчики (интерферометрического и конфокального типов) в основном производятся за рубежом и являются дорогостоящими. Они имеют оптические схемы «закрытого» типа и не могут быть внедрены в лазерные установки, в которых используются микрообъективы с малым рабочим отрезком (менее 1 мм). Поэтому области и масштабы их применения в лазерных технологических установках пока сильно ограничены, и вполне естественно, что усилия разработчиков направлены на создание таких датчиков и уменьшение их себестоимости.
Поэтому актуальной задачей при проектировании лазерных технологических комплексов являются разработка и исследование быстродействующих прецизионных датчиков для автоматической фокусировки лазерного излучения на оптических поверхностях, контроля результата взаимодействия и измерения профиля синтезированных структур.
В работе будет рассмотрен волоконный конфокальный датчик на основе метода хроматического кодирования, разработанный в Новосибирске в Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН (далее – КТИ НП СО РАН).
Подробно принцип работы данного датчика описан в [16, 17]. В нем оценивается спектральное распределение интенсивности оптических сигналов, отраженных от измеряемых поверхностей. Для этих целей используется полихроматический зондирующий сигнал в сочетании с гиперхроматическими объективами (ГХО), которые фокусируют спектральные компоненты на различных расстояниях вдоль направления распространения света. Использование специальной точечной (или конфокальной) диафрагмы, ограничивающей поток фонового рассеянного света из точек вне фокальной плоскости объектива, позволяет выделить излучение с узким спектром, в котором центральная длина волны является хроматическим кодом расстояния до поверхности, а её изменение пропорционально смещению поверхности.
Данный датчик необходим для точного контроля положения плоскости фокусировки рабочего микрообъектива. С его помощью должно осуществляться постоянное удержание сфокусированного записывающего пятна на поверхности синтезируемого элемента при высокоскоростной обработке оптически прозрачных сред.
На данном этапе была разработана оптическая схема для исследования точностных характеристик датчика (рис. 1). В ней используется осветитель на основе галогенной лампы (1) DL150 (Dedolight, Германия), волоконный конфокальный датчик (КТИ НП СО РАН, г. Новосибирск) (2). Объект смещается с помощью трехкоординатного столика (3) ZSS 33.200.1.2 (Phytron, Германия). Изменение отраженного сигнала контролируется с помощью анализатора (4), в состав которого входит дифракционная решетка GT13-06V (Thorlabs, Германия) и видеокамера КЦ‑1310 (КТИ НП СО РАН, г. Новосибирск). В схему также внедрен интерферометр (5) XL‑80 (RENISHAW, Великобритания), который позволяет контролировать смещение объекта с погрешностью менее 0,1 мкм.
Разработанное программное обеспечение LineIntensity позволяет обрабатывать сигнал анализатора конфокального датчика. С помощью видеокамеры на экран выводится изображение спектра отраженного сигнала, представленного на рис. 2. Оно может быть цветным (рис. 2 а) либо черно-белым (рис. 2 b) в зависимости от режима использования камеры.
Дальнейшая обработка сигнала состоит из трех этапов. На первом этапе результат вычитания обрабатывается размытием по Гауссу. Размытие применяется для снижения влияния шумов на исходный результат. На втором этапе происходит вычитание заданной константы (по сути, фоновой составляющей) для выделения значимых пикселей. На третьем этапе реализуются алгоритмы выделения пика. Всего было исследовано три алгоритма: поиск ярчайшей точки, центр масс и линейная аппроксимация дифференциального сигнала. Полученные координаты пика используются для оценки погрешности измерений.
Алгоритм поиска ярчайшей точки берет в качестве пика самый яркий пиксел из имеющихся. Из-за отсутствия какой-либо дальнейшей обработки является самым быстрым из имеющихся алгоритмов, но при этом повышается погрешность измерения.
Алгоритм поиска центра масс принимает за пик центр масс яркостей пикселей, вычисленный по формуле , где rc – координаты центра масс, ri – координаты пикселя, mi – яркость пикселя. Данный алгоритм несколько медленнее алгоритма поиска ярчайшей точки, но при этом его точность выше.
Алгоритм линейной аппроксимации дифференциального сигнала (LFDS) выполняется в три этапа. На первом этапе вычисляется разностная аппроксимация первой производной по формуле , где – значение производной в точке x, f(x) – значение функции в точке х, d – шаг аппроксимации. Затем полученный массив значений производных в точках используется для линейной аппроксимации методом наименьших квадратов. И, наконец, на третьем этапе, вычисляется координата точки пересечения полученной прямой с нулем, которая и является искомым пиком. Данный алгоритм самый трудоемкий по времени из всех представленных, однако его точность при этом является наилучшей.
Исследование точностных характеристик волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования
Целью экспериментальных исследований было определение погрешности волоконного конфокального датчика. Объект смещался с помощью трехкоординатного столика (3) с шагом 0,1 мкм, а величина смещения определялась интерферометром (5). Типичный график зависимости представлен на рис. 3.
Полученная кривая зависимости координаты центра масс спектрального распределения мощности сигнала от смещения поверхности аппроксимировалась степенной функцией y(х) = λ(х) = a0 + a1х + a2х2 + a3x3.
Мерой отклонения y(х) от заданной функции при среднеквадратичном приближении являлась величина СКО, равная сумме квадратов разностей между значениями y(х) и экспериментальной функции в каждой точке. Для построения аппроксимирующей кривой использовались встроенные функции программы Excel, с помощью которых подбирались коэффициенты a0, a1, a2 и a3 таким образом, чтобы величина СКО была наименьшей.
Далее анализировалось СКО при определении смещений поверхности.
При проведении экспериментальных исследований использовались два типа гиперхроматических объективов: рефракционно-дифракционный (РД-объектив, разложение в хроматических отрезок осуществляется с помощью дифракции лучей) и рефракционный (разложение – за счет явления дисперсии стекол, далее – гиперхромат). Так в [18] описан РД-объектив (рис. 5), который состоит из стандартного микрообъектива (3,7, 10 и 20×) и дифракционного оптического элемента (ДОЭ). ДОЭ представляет собой фазовую пластинку с осесимметричной дифракционной структурой. В совокупности такой подход позволяет получить хроматический отрезок Δz, в котором свет определенной длины волны фокусируется в пятна дифракционного качества без аберрационных искажений.
В таблицу сведены параметры датчика, установленные в ходе экспериментальных исследований. Были получены следующие результаты: для объектива 3,7× погрешность определения смещения объекта составила 1 мкм на линейном участке 200 мкм, для микрообъектива 10× – 0,6 мкм на линейном участке 50 мкм и для микрообъектива 20× – 0,1 на линейном участке 20 мкм.
Основные преимущества данных объективов: простота реализации, компактность и линейная зависимость смещения фокуса от длины волны. Однако такие объективы обладают рядом недостатков. В первую очередь, это наличие паразитных дифракционных порядков, а также низкая эффективность на краях диапазона длин волн (400–700 нм). Расчет и проектирование гиперхроматических объективов, основанных на комбинации стекол с различной дисперсией, является предпочтительным при использовании широкого диапазона длин волн Δλ (в пределах видимой области спектра 400–700 нм).
В [16, 17] описаны подходы к проектированию гиперхроматов. В ходе экспериментальных исследований использовался разработанный трехлинзовый объектив (рис. 6) со следующими характеристиками: рабочий отрезок – 30 мм, длина хроматического отрезка – 300 мкм; фокусное расстояние – 24 мм; увеличение 5 крат; относительное отверстие: 1 / 3.3; дисторсия – 0,03%.
В результате экспериментальных исследований установлено, что использование гиперхромата в совокупности с аподизирующей маской (которая фильтрует излучение с широким спектром) позволяет снизить погрешность измерения расстояния до поверхности в три и более раз. При отсутствии аподизирующей маски в центральной части гиперхромата среднеквадратичное отклонение (СКО) составляет 0,9 мкм в линейном измерительном диапазоне 225 мкм. А введение аподизирующей маски диаметром 0,2D ( где D – диаметр гиперхромата) уменьшает СКО до 0,29 мкм при сокращении линейного измерительного диапазона до 120 мкм.
Разработка волоконного конфокального датчика с повышенными энергетическими характеристиками
Для определения положения оптических прозрачных сред необходимо обеспечить повышенные энергетические характеристики зондирующего излучения. Проведенный расчет показал, что использование вместо галогенной лампы суперлюминесцентного диода SLD‑790-14BF (Nolatech, Россия) позволит в 100 раз увеличить уровень сигнала с конфокального датчика. На его основе был разработан осветитель с волоконным выводом излучения. Он имеет выходную мощность 5 мВт и ширину спектра 40 нм (760–800 нм). Для разложения такого узкого спектра в хроматический отрезок был рассчитан дифракционный оптический элемент с использованием программного обеспечения для расчета оптических систем Zemax Optical Studio. На рис. 6–7 представлены данные результата расчета и моделирования такого элемента. Видно, что зависимость смещения фокуса от длины волны (рис. 6) довольно линейная (нелинейность не превышает 1%), а размеры пятен для излучений с длинами волн 760, 770, 780, 790 и 800 нм меньше дифракционного предела (рис. 7).
На следующем этапе исследований будут проведены эксперименты, позволяющие определить уровень отраженного от оптически прозрачной среды сигнала в конфокальном датчике.
Заключение
В результате анализа рынка коммерчески доступных бесконтактных датчиков для контроля положения поверхности объектов установлено, что, несмотря на их многообразие, они трудно встраиваемы в лазерные технологические установки. Сформулированы требования, предъявляемые к датчикам в таких установках, а именно: высокие быстродействие (до 1 МГц) и разрешение (погрешность не должна превышать 0,1 мкм), возможность контроля положения сферических (выпуклых или вогнутых) поверхностей, а также приемлемые массогабаритные характеристики. Важнейшим среди требований является совместимость оптических схем датчиков с оптическими схемами лазерных каналов.
Проведены исследования волоконного конфокального датчика, разработанного в КТИ НП СО РАН, который может войти в состав лазерных технологических комплексов и позволит контролировать положение и профиль обрабатываемой поверхности. Показано, что применение в качестве анализатора спектра цветной видеокамеры, а также рефракционно-дифракционного объектива в конфокальных датчиках позволяет определять положение контролируемой поверхности с погрешностью до 0,1 мкм.
В ходе экспериментальных исследований трехлинзового гиперхромата с введенной аподизирующей маской установлено, что погрешность определения положения контролируемой поверхности составляет 0,2 мкм.
Представлены результаты расчета дифракционного оптического элемента для контроля положения оптически прозрачных сред, позволяющего фокусировать свет от источника с повышенными энергетическими характеристиками и узким спектром.
Благодарности
Работа выполнена на базе лаборатории лазерных промышленных технологий КТИ НП СО РАН. Финансовая поддержка осуществлялась Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
REFERENCES
Orange-Kedem R., Nehme E., Weiss L. E. et al. 3D printable diffractive optical elements by liquid immersion. Nat. Commun. 2021; 12, 3067. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23279-6.
Herder M., Klein J. J., Vogler M., Russew M. M., Schleunitz A., Grützner G. Hybrid polymers for conventional and additive manufacturing of microoptical elements. Springer Series in Optical Sciences. 2021; vol 233. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58960-8_7.
Christoph Gerhard. Optics manufacturing: components and systems. 2017; ISBN: 9781351228367. https://doi.org/10.1201/9781351228367.
Hippler M., Blasco E., Qu J., Tanaka M., Barner-Kowollik C., Wegener M., & Bastmeyer, M. Controlling the shape of 3D microstructures by temperature and light. Nature Communications. 2019; 10, 232.
Chandran O., Lani S., Briand D., Dunan B., Voirin G. Additive Manufacturing on 3D Surfaces. In: Meboldt M., Klahn C. (eds) Industrializing Additive Manufacturing – Proceedings of Additive Manufacturing in Products and Applications – AMPA2017. AMPA 2017. Springer, Cham. 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-66866-6_13.
Zeitner U. D., Dannberg P. Double-sided hybrid microoptical elements combining functions of multistage optical systems. Proceedings of SPIE – Lithographic and Micromachining Techniques for Optical Component Fabrication. 2001; 4440: 44–50.
Grejsuh G. I., Ezhov E. G., Sidyakina Z. A., Stepanov S. A. Vysokoeffektivnye rel’efno-fazovye difrakcionnye elementy na krivolinejnyh poverhnostyah vrashcheniya. Komp’yuternaya optika. 2013; 37 (1): 45–50.
Грейсух Г. И., Ежов Е. Г., Сидякина З. А., Степанов С. А. Высокоэффективные рельефно-фазовые дифракционные элементы на криволинейных поверхностях вращения. Компьютерная оптика. 2013; 37 (1): 45–50.
Nalimov A. G., Kovalev A. A., Kotlyar V. V., Sojfer V. A. Modelirovanie trekhmernogo ustrojstva nanofotoniki dlya vvoda izlucheniya v planarnyj volnovod. Komp’yuternaya optika. 2009; 33 (1): 4–9.
Налимов А. Г., Ковалев А. А., Котляр В. В., Сойфер В. А. Моделирование трехмерного устройства нанофотоники для ввода излучения в планарный волновод. Компьютерная оптика. 2009; 33 (1): 4–9.
Lemeshko Y.A, Finogenov L. V., Zav’yalov P. S. Using the diffractive optics for 3D inspection of nuclear reactor fuel assembly grid spacers. Measurement science REVIEW. 2008; V.8, Section 3 (3):74–77.
Poleshchuk A. G., Korol’kov V.P., Vejko V. P., Zakoldaev R. A., Sergeev M. M. Lazernye tekhnologii v mikrooptike. CH. II. Izgotovlenie elementov s trekhmernym mikrorel’efom. Avtometriya. 2018; 2: 3–19. – DOI: 10.15372/AUT20180201.
Полещук А. Г., Корольков В. П., Вейко В. П., Заколдаев Р. А., Сергеев М. М. Лазерные технологии в микрооптике. Ч. II. Изготовление элементов с трехмерным микрорельефом. Автометрия. 2018; 2: 3–19. – DOI: 10.15372/AUT20180201.
Koronkevich V. P., Korol’kov V.P., Poleshchuk A. G., Harisov A. A., CHerkashin V. V. Tochnost’ izgotovleniya difrakcionnyh opticheskih elementov lazernymi zapisyvayushchimi sistemami s krugovym skanirovaniem. Komp’yuternaya optika. 1997; 17: 63–74.
Коронкевич В. П., Корольков В. П., Полещук А. Г., Харисов А. А., Черкашин В. В. Точность изготовления дифракционных оптических элементов лазерными записывающими системами с круговым сканированием. Компьютерная оптика. 1997; 17: 63–74.
SHpejzman V. V., Peschanskaya N. N. Ispol’zovanie interferometricheskogo metoda izmereniya velichiny i skorosti peremeshchenij dlya nerazrushayushchego kontrolya materiala. Fizika tverdogo tela. 2007; 49 (7): 1201–1205.
Шпейзман В. В., Песчанская Н. Н. Использование интерферометрического метода измерения величины и скорости перемещений для неразрушающего контроля материала. Физика твердого тела. 2007; 49 (7): 1201–1205.
Lysenko O. N. Triangulyacionnye datchiki rasstoyaniya. Avtomatizaciya v promyshlennosti. 2006; 11: 13–16.
Лысенко О. Н. Триангуляционные датчики расстояния. Автоматизация в промышленности. 2006; 11: 13–16.
Pruss Ruprecht C., Tiziani H. J., Osten W., Lücke P., Last A., Mohr J., Lehmann P. Confocal microoptical distance-sensor: principle and design. Proceedings of SPIE – Optical Measurement Systems for Industrial Inspection. 2005; 5856: 128–135.
Tiziani H. J., Wegner M., Steudle D. Confocal principle for macro- and microscopic surface and defect analysis. Optical Engineering. 2000; 39 (1): 32–39.
Zavialova M. A., Zavialov P. S. Hyperchromatic Lens for Fiber Confocal Surface Sensors Modeling and Calculation Based on Chromatic Coding Method. Photonics Russia. 2017; 5 (65): 80–90. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.80.90.
Завьялова М. А., Завьялов П. С. Моделирование и расчет гиперхроматических объективов для волоконных конфокальных датчиков поверхности на основе метода хроматического кодирования. Фотоника. 2017; 5 (65): 80–90. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.80.90.
Zav’yalova M.A., Zav’yalov P.S., Elesin A. G. Povyshenie razresheniya volokonnogo konfokal’nogo datchika poverhnosti na osnove metoda hromaticheskogo kodirovaniya. Pribory. 2018; 11: 1–5.
Завьялова М. А., Завьялов П. С., Елесин А. Г. Повышение разрешения волоконного конфокального датчика поверхности на основе метода хроматического кодирования. Приборы. 2018; 11: 1–5.
Verhoglyad A. G., Zav’yalova M.A., Knyazev B. A., Makarov M. A., Stupak M. F. Razrabotka konfokal’nogo datchika 3D poverhnosti na osnove metoda difrakcionnogo hromaticheskogo kodirovaniya dlya celej teragercovoj spektroskopii. Sibirskij fizicheskij zhurnal. 2010; 5 (4): 117–122.
Верхогляд А. Г., Завьялова М. А., Князев Б. А., Макаров М. А., Ступак М. Ф. Разработка конфокального датчика 3D поверхности на основе метода дифракционного хроматического кодирования для целей терагерцовой спектроскопии. Сибирский физический журнал. 2010; 5 (4): 117–122.
АВТОРЫ
Завьялова Марина Андреевна, к. т. н.; e-mail: mzav@tdisie.nsc.ru; к. т. н., научный сотрудник, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН (далее – КТИ НП СО РАН), info@tdisie.nsc.ru; www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: оптико-электронные приборы и системы, лазерные технологии.
ORCID:0000-0003-2000-6226
Завьялов Петр Сергеевич, к. т. н.; e-mail: zavyalov@tdisie.nsc.ru; директор КТИ НП СО РАН, www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: оптико-электронные приборы и системы, системы технического зрения, дифракционная оптика.
ORCID: 0000-0001-6222-5000
Савченко Марк Владимирович, e-mail: savchenko_mark@bk.ru; инженер-программист, КТИ НП СО РАН, www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: программирование.
ВКЛАД АВТОРОВ
Завьялова М. А.: расчет дифракционного оптического элемента, концепция эксперимента и проведение измерений, анализ результатов; Завьялов П. С.: организация эксперимента, анализ результатов и обсуждение; Савченко М. В. – проведение измерений, обработка результатов
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Все члены авторского коллектива приняли участие в написании рукописи согласно вкладу каждого в общий эксперимент и анализ полученных результатов. Авторы гарантируют оригинальность результатов и заявляют об отсутствии конфликта интересов.
М. А. Завьялова, П. С. Завьялов, М. В. Савченко
Конструкторско-технологический институт
научного приборостроения СО РАН, Новосибирск, Россия
В работе представлены результаты экспериментальных исследований волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования с разработанными гибридными рефракционно-дифракционными и гиперхроматическими объективами. Данный датчик позволяет определять положение контролируемых поверхностей с высоким разрешением (погрешность не превышает 0,1–1 мкм) на рабочих отрезках от 20 до 220 мкм.
Ключевые слова: конфокальный датчик, метод хроматического кодирования, дифракционный оптический элемент, лазерная микрообработка материалов
Статья поступила: 11.10.2021
Статья принята: 25.11.2021
Введение
Лазерный синтез микроструктур на поверхности различных материалов требует разработки методов прецизионного позиционирования микрообъективов, осуществляющих фокусировку излучения. Для этих целей, как правило, используют оптические бесконтактные датчики, которые позволяют с высоким разрешением определить положение поверхности обрабатываемых объектов. Такие датчики применяются в лазерных технологических установках при синтезе высокоточных элементов фотоники с размерами от единиц мм до десятков нанометров [1–3].
Наиболее важными требованиями, предъявляемыми к оптическим бесконтактным датчикам, являются высокое быстродействие (до 1 МГц) и разрешение. К тому же задача проектирования таких датчиков усложняется для случаев записи микроструктур на трехмерных поверхностях, что актуально на данном этапе развития высокотехнологичной элементной базы [4, 5]. Так как синтезируемые элементы фотоники представляют собой оптически прозрачные среды с малым коэффициентом отражения, то такие датчики должны иметь необходимый запас по мощности зондирующего излучения.
Возможность синтеза микро- и наноструктур на плоских и криволинейных поверхностях позволяет производить уникальные оптические элементы и устройства на их основе, которые высоко востребованы в современной технике [6–9]. В течение последних 15–20 лет наблюдается впечатляющий прогресс в области создания лазерных технологических комплексов для обработки и структурирования различных типов материалов. Среди них уникальными являются системы, позволяющие проводить микро- и наноструктурирование трехмерных поверхностей с разрешением менее 0,1 мкм [10].
Для реализации многих из этих способов необходим точный контроль положения плоскости фокусировки рабочего микрообъектива, которая должна быть совмещена либо с плоскостью светочувствительного слоя, нанесенного на поверхность подложки, либо с поверхностью подложки. Датчик положения, входящий в систему автоматической фокусировки (САФ), необходим для постоянного удержания сфокусированного записывающего пятна на поверхности синтезируемого элемента во время записи со скоростями до 10 м / с. Важно отметить, что погрешность фокусировки, превышающая ±0,2 мкм (для объектива с числовой апертурой 0,65), приводит к существенному изменению размеров и формы записывающего пятна и, следовательно, параметров записи, а наклон оси объектива – к появлению погрешности координаты записи [11]. Если поверхность записи трехмерная, то задача усложняется и требует разработки и внедрения ранее не использовавшихся прецизионных методов автофокусировки. Разрабатываемые на этих принципах САФ позволяют контролировать технологические процессы с большой точностью. Как правило, такие системы содержат большое количество оригинальных датчиков, во многом определяющих эффективность технологического процесса.
Основные технические требования к датчикам контроля положения объектов
К датчикам контроля положения объектов, используемых в лазерных технологических установках для формирования микро- и наноструктур высокого качества, предъявляются следующие требования:
1. Компактность и встраиваемость в технологический лазерный канал.
Как правило, такие датчики необходимо встраивать в существующие оптические каналы технологических установок. Это связано с тем, что для фокусировки лазерного излучения в пятно диаметром 1 мкм и менее используются микрообъективы с большой числовой апертурой – от 0,65 и выше, и, следовательно, с малым рабочим отрезком, что затрудняет встраивание готового датчика непосредственно перед фокусирующим элементом. Зондирующее излучение датчика, таким образом, должно фокусироваться тем же элементом, что и излучение рабочего лазера.
2. Высокое быстродействие
Так как лазерные технологические установки имеют высокую скорость записи (до 10 м / с), то датчики положения должны выполнять прецизионное позиционирование исполнительных элементов при частоте сигнала от нескольких килогерц до 1 МГц.
3. Высокое разрешение
Для формирования микроструктур высокого качества с глубиной до нескольких десятков микрометров разрешение датчиков должно быть на порядок лучше – 1 мкм и менее.
4. Рабочий диапазон
Эта характеристика датчика связана с глубиной синтезируемых структур, а также определяет возможность структурирования криволинейных поверхностей (угол наклона касательной к поверхности не должен превышать 8° для микрообъективов с числовой апертурой 0,65).
5. Возможность записи на криволинейных поверхностях
Так как в этом случае зондирующее излучение датчиков контроля положения объектов может дополнительно изменять свои параметры из-за кривизны поверхности, то предварительно должна быть проведена оценка влияния кривизны на сигнал с датчика.
6. Расширенный функционал
Наряду с основной задачей таких датчиков в отслеживании линейного перемещения контролируемого объекта и преобразовании изменения его положения в соответствующий выходной сигнал, они должны осуществлять автоматический поиск обрабатываемой поверхности, определять размер сфокусированного пятна, измерять профиль полученных структур и т. д. Все это улучшает технические возможности лазерных технологических установок и позволяет повысить качество синтезируемых структур.
Оптические методы контроля поверхности, используемые в лазерных технологических комплексах, весьма разнообразны. К оптическим бесконтактным датчикам для измерения расстояний с высоким разрешением (менее 1 мкм) относят интерферометрические [12], триангуляционные [13] и конфокальные датчики [14, 15], которые выпускаются серийно и в больших объемах и в целом обеспечивают рост индустрии измерительного оборудования. Однако они удовлетворяют лишь части требований, описанных выше. Так, лазерные интерферометрические датчики имеют необходимые чувствительность и быстродействие, но при этом не могут быть совмещены с рабочим микрообъективом, фокусирующим лазерное излучение. Триангуляционные датчики могут измерить расстояние только до плоских поверхностей. Доступные коммерческие датчики (интерферометрического и конфокального типов) в основном производятся за рубежом и являются дорогостоящими. Они имеют оптические схемы «закрытого» типа и не могут быть внедрены в лазерные установки, в которых используются микрообъективы с малым рабочим отрезком (менее 1 мм). Поэтому области и масштабы их применения в лазерных технологических установках пока сильно ограничены, и вполне естественно, что усилия разработчиков направлены на создание таких датчиков и уменьшение их себестоимости.
Поэтому актуальной задачей при проектировании лазерных технологических комплексов являются разработка и исследование быстродействующих прецизионных датчиков для автоматической фокусировки лазерного излучения на оптических поверхностях, контроля результата взаимодействия и измерения профиля синтезированных структур.
В работе будет рассмотрен волоконный конфокальный датчик на основе метода хроматического кодирования, разработанный в Новосибирске в Конструкторско-технологическом институте научного приборостроения СО РАН (далее – КТИ НП СО РАН).
Подробно принцип работы данного датчика описан в [16, 17]. В нем оценивается спектральное распределение интенсивности оптических сигналов, отраженных от измеряемых поверхностей. Для этих целей используется полихроматический зондирующий сигнал в сочетании с гиперхроматическими объективами (ГХО), которые фокусируют спектральные компоненты на различных расстояниях вдоль направления распространения света. Использование специальной точечной (или конфокальной) диафрагмы, ограничивающей поток фонового рассеянного света из точек вне фокальной плоскости объектива, позволяет выделить излучение с узким спектром, в котором центральная длина волны является хроматическим кодом расстояния до поверхности, а её изменение пропорционально смещению поверхности.
Данный датчик необходим для точного контроля положения плоскости фокусировки рабочего микрообъектива. С его помощью должно осуществляться постоянное удержание сфокусированного записывающего пятна на поверхности синтезируемого элемента при высокоскоростной обработке оптически прозрачных сред.
На данном этапе была разработана оптическая схема для исследования точностных характеристик датчика (рис. 1). В ней используется осветитель на основе галогенной лампы (1) DL150 (Dedolight, Германия), волоконный конфокальный датчик (КТИ НП СО РАН, г. Новосибирск) (2). Объект смещается с помощью трехкоординатного столика (3) ZSS 33.200.1.2 (Phytron, Германия). Изменение отраженного сигнала контролируется с помощью анализатора (4), в состав которого входит дифракционная решетка GT13-06V (Thorlabs, Германия) и видеокамера КЦ‑1310 (КТИ НП СО РАН, г. Новосибирск). В схему также внедрен интерферометр (5) XL‑80 (RENISHAW, Великобритания), который позволяет контролировать смещение объекта с погрешностью менее 0,1 мкм.
Разработанное программное обеспечение LineIntensity позволяет обрабатывать сигнал анализатора конфокального датчика. С помощью видеокамеры на экран выводится изображение спектра отраженного сигнала, представленного на рис. 2. Оно может быть цветным (рис. 2 а) либо черно-белым (рис. 2 b) в зависимости от режима использования камеры.
Дальнейшая обработка сигнала состоит из трех этапов. На первом этапе результат вычитания обрабатывается размытием по Гауссу. Размытие применяется для снижения влияния шумов на исходный результат. На втором этапе происходит вычитание заданной константы (по сути, фоновой составляющей) для выделения значимых пикселей. На третьем этапе реализуются алгоритмы выделения пика. Всего было исследовано три алгоритма: поиск ярчайшей точки, центр масс и линейная аппроксимация дифференциального сигнала. Полученные координаты пика используются для оценки погрешности измерений.
Алгоритм поиска ярчайшей точки берет в качестве пика самый яркий пиксел из имеющихся. Из-за отсутствия какой-либо дальнейшей обработки является самым быстрым из имеющихся алгоритмов, но при этом повышается погрешность измерения.
Алгоритм поиска центра масс принимает за пик центр масс яркостей пикселей, вычисленный по формуле , где rc – координаты центра масс, ri – координаты пикселя, mi – яркость пикселя. Данный алгоритм несколько медленнее алгоритма поиска ярчайшей точки, но при этом его точность выше.
Алгоритм линейной аппроксимации дифференциального сигнала (LFDS) выполняется в три этапа. На первом этапе вычисляется разностная аппроксимация первой производной по формуле , где – значение производной в точке x, f(x) – значение функции в точке х, d – шаг аппроксимации. Затем полученный массив значений производных в точках используется для линейной аппроксимации методом наименьших квадратов. И, наконец, на третьем этапе, вычисляется координата точки пересечения полученной прямой с нулем, которая и является искомым пиком. Данный алгоритм самый трудоемкий по времени из всех представленных, однако его точность при этом является наилучшей.
Исследование точностных характеристик волоконного конфокального датчика на основе метода хроматического кодирования
Целью экспериментальных исследований было определение погрешности волоконного конфокального датчика. Объект смещался с помощью трехкоординатного столика (3) с шагом 0,1 мкм, а величина смещения определялась интерферометром (5). Типичный график зависимости представлен на рис. 3.
Полученная кривая зависимости координаты центра масс спектрального распределения мощности сигнала от смещения поверхности аппроксимировалась степенной функцией y(х) = λ(х) = a0 + a1х + a2х2 + a3x3.
Мерой отклонения y(х) от заданной функции при среднеквадратичном приближении являлась величина СКО, равная сумме квадратов разностей между значениями y(х) и экспериментальной функции в каждой точке. Для построения аппроксимирующей кривой использовались встроенные функции программы Excel, с помощью которых подбирались коэффициенты a0, a1, a2 и a3 таким образом, чтобы величина СКО была наименьшей.
Далее анализировалось СКО при определении смещений поверхности.
При проведении экспериментальных исследований использовались два типа гиперхроматических объективов: рефракционно-дифракционный (РД-объектив, разложение в хроматических отрезок осуществляется с помощью дифракции лучей) и рефракционный (разложение – за счет явления дисперсии стекол, далее – гиперхромат). Так в [18] описан РД-объектив (рис. 5), который состоит из стандартного микрообъектива (3,7, 10 и 20×) и дифракционного оптического элемента (ДОЭ). ДОЭ представляет собой фазовую пластинку с осесимметричной дифракционной структурой. В совокупности такой подход позволяет получить хроматический отрезок Δz, в котором свет определенной длины волны фокусируется в пятна дифракционного качества без аберрационных искажений.
В таблицу сведены параметры датчика, установленные в ходе экспериментальных исследований. Были получены следующие результаты: для объектива 3,7× погрешность определения смещения объекта составила 1 мкм на линейном участке 200 мкм, для микрообъектива 10× – 0,6 мкм на линейном участке 50 мкм и для микрообъектива 20× – 0,1 на линейном участке 20 мкм.
Основные преимущества данных объективов: простота реализации, компактность и линейная зависимость смещения фокуса от длины волны. Однако такие объективы обладают рядом недостатков. В первую очередь, это наличие паразитных дифракционных порядков, а также низкая эффективность на краях диапазона длин волн (400–700 нм). Расчет и проектирование гиперхроматических объективов, основанных на комбинации стекол с различной дисперсией, является предпочтительным при использовании широкого диапазона длин волн Δλ (в пределах видимой области спектра 400–700 нм).
В [16, 17] описаны подходы к проектированию гиперхроматов. В ходе экспериментальных исследований использовался разработанный трехлинзовый объектив (рис. 6) со следующими характеристиками: рабочий отрезок – 30 мм, длина хроматического отрезка – 300 мкм; фокусное расстояние – 24 мм; увеличение 5 крат; относительное отверстие: 1 / 3.3; дисторсия – 0,03%.
В результате экспериментальных исследований установлено, что использование гиперхромата в совокупности с аподизирующей маской (которая фильтрует излучение с широким спектром) позволяет снизить погрешность измерения расстояния до поверхности в три и более раз. При отсутствии аподизирующей маски в центральной части гиперхромата среднеквадратичное отклонение (СКО) составляет 0,9 мкм в линейном измерительном диапазоне 225 мкм. А введение аподизирующей маски диаметром 0,2D ( где D – диаметр гиперхромата) уменьшает СКО до 0,29 мкм при сокращении линейного измерительного диапазона до 120 мкм.
Разработка волоконного конфокального датчика с повышенными энергетическими характеристиками
Для определения положения оптических прозрачных сред необходимо обеспечить повышенные энергетические характеристики зондирующего излучения. Проведенный расчет показал, что использование вместо галогенной лампы суперлюминесцентного диода SLD‑790-14BF (Nolatech, Россия) позволит в 100 раз увеличить уровень сигнала с конфокального датчика. На его основе был разработан осветитель с волоконным выводом излучения. Он имеет выходную мощность 5 мВт и ширину спектра 40 нм (760–800 нм). Для разложения такого узкого спектра в хроматический отрезок был рассчитан дифракционный оптический элемент с использованием программного обеспечения для расчета оптических систем Zemax Optical Studio. На рис. 6–7 представлены данные результата расчета и моделирования такого элемента. Видно, что зависимость смещения фокуса от длины волны (рис. 6) довольно линейная (нелинейность не превышает 1%), а размеры пятен для излучений с длинами волн 760, 770, 780, 790 и 800 нм меньше дифракционного предела (рис. 7).
На следующем этапе исследований будут проведены эксперименты, позволяющие определить уровень отраженного от оптически прозрачной среды сигнала в конфокальном датчике.
Заключение
В результате анализа рынка коммерчески доступных бесконтактных датчиков для контроля положения поверхности объектов установлено, что, несмотря на их многообразие, они трудно встраиваемы в лазерные технологические установки. Сформулированы требования, предъявляемые к датчикам в таких установках, а именно: высокие быстродействие (до 1 МГц) и разрешение (погрешность не должна превышать 0,1 мкм), возможность контроля положения сферических (выпуклых или вогнутых) поверхностей, а также приемлемые массогабаритные характеристики. Важнейшим среди требований является совместимость оптических схем датчиков с оптическими схемами лазерных каналов.
Проведены исследования волоконного конфокального датчика, разработанного в КТИ НП СО РАН, который может войти в состав лазерных технологических комплексов и позволит контролировать положение и профиль обрабатываемой поверхности. Показано, что применение в качестве анализатора спектра цветной видеокамеры, а также рефракционно-дифракционного объектива в конфокальных датчиках позволяет определять положение контролируемой поверхности с погрешностью до 0,1 мкм.
В ходе экспериментальных исследований трехлинзового гиперхромата с введенной аподизирующей маской установлено, что погрешность определения положения контролируемой поверхности составляет 0,2 мкм.
Представлены результаты расчета дифракционного оптического элемента для контроля положения оптически прозрачных сред, позволяющего фокусировать свет от источника с повышенными энергетическими характеристиками и узким спектром.
Благодарности
Работа выполнена на базе лаборатории лазерных промышленных технологий КТИ НП СО РАН. Финансовая поддержка осуществлялась Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.
REFERENCES
Orange-Kedem R., Nehme E., Weiss L. E. et al. 3D printable diffractive optical elements by liquid immersion. Nat. Commun. 2021; 12, 3067. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23279-6.
Herder M., Klein J. J., Vogler M., Russew M. M., Schleunitz A., Grützner G. Hybrid polymers for conventional and additive manufacturing of microoptical elements. Springer Series in Optical Sciences. 2021; vol 233. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58960-8_7.
Christoph Gerhard. Optics manufacturing: components and systems. 2017; ISBN: 9781351228367. https://doi.org/10.1201/9781351228367.
Hippler M., Blasco E., Qu J., Tanaka M., Barner-Kowollik C., Wegener M., & Bastmeyer, M. Controlling the shape of 3D microstructures by temperature and light. Nature Communications. 2019; 10, 232.
Chandran O., Lani S., Briand D., Dunan B., Voirin G. Additive Manufacturing on 3D Surfaces. In: Meboldt M., Klahn C. (eds) Industrializing Additive Manufacturing – Proceedings of Additive Manufacturing in Products and Applications – AMPA2017. AMPA 2017. Springer, Cham. 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-66866-6_13.
Zeitner U. D., Dannberg P. Double-sided hybrid microoptical elements combining functions of multistage optical systems. Proceedings of SPIE – Lithographic and Micromachining Techniques for Optical Component Fabrication. 2001; 4440: 44–50.
Grejsuh G. I., Ezhov E. G., Sidyakina Z. A., Stepanov S. A. Vysokoeffektivnye rel’efno-fazovye difrakcionnye elementy na krivolinejnyh poverhnostyah vrashcheniya. Komp’yuternaya optika. 2013; 37 (1): 45–50.
Грейсух Г. И., Ежов Е. Г., Сидякина З. А., Степанов С. А. Высокоэффективные рельефно-фазовые дифракционные элементы на криволинейных поверхностях вращения. Компьютерная оптика. 2013; 37 (1): 45–50.
Nalimov A. G., Kovalev A. A., Kotlyar V. V., Sojfer V. A. Modelirovanie trekhmernogo ustrojstva nanofotoniki dlya vvoda izlucheniya v planarnyj volnovod. Komp’yuternaya optika. 2009; 33 (1): 4–9.
Налимов А. Г., Ковалев А. А., Котляр В. В., Сойфер В. А. Моделирование трехмерного устройства нанофотоники для ввода излучения в планарный волновод. Компьютерная оптика. 2009; 33 (1): 4–9.
Lemeshko Y.A, Finogenov L. V., Zav’yalov P. S. Using the diffractive optics for 3D inspection of nuclear reactor fuel assembly grid spacers. Measurement science REVIEW. 2008; V.8, Section 3 (3):74–77.
Poleshchuk A. G., Korol’kov V.P., Vejko V. P., Zakoldaev R. A., Sergeev M. M. Lazernye tekhnologii v mikrooptike. CH. II. Izgotovlenie elementov s trekhmernym mikrorel’efom. Avtometriya. 2018; 2: 3–19. – DOI: 10.15372/AUT20180201.
Полещук А. Г., Корольков В. П., Вейко В. П., Заколдаев Р. А., Сергеев М. М. Лазерные технологии в микрооптике. Ч. II. Изготовление элементов с трехмерным микрорельефом. Автометрия. 2018; 2: 3–19. – DOI: 10.15372/AUT20180201.
Koronkevich V. P., Korol’kov V.P., Poleshchuk A. G., Harisov A. A., CHerkashin V. V. Tochnost’ izgotovleniya difrakcionnyh opticheskih elementov lazernymi zapisyvayushchimi sistemami s krugovym skanirovaniem. Komp’yuternaya optika. 1997; 17: 63–74.
Коронкевич В. П., Корольков В. П., Полещук А. Г., Харисов А. А., Черкашин В. В. Точность изготовления дифракционных оптических элементов лазерными записывающими системами с круговым сканированием. Компьютерная оптика. 1997; 17: 63–74.
SHpejzman V. V., Peschanskaya N. N. Ispol’zovanie interferometricheskogo metoda izmereniya velichiny i skorosti peremeshchenij dlya nerazrushayushchego kontrolya materiala. Fizika tverdogo tela. 2007; 49 (7): 1201–1205.
Шпейзман В. В., Песчанская Н. Н. Использование интерферометрического метода измерения величины и скорости перемещений для неразрушающего контроля материала. Физика твердого тела. 2007; 49 (7): 1201–1205.
Lysenko O. N. Triangulyacionnye datchiki rasstoyaniya. Avtomatizaciya v promyshlennosti. 2006; 11: 13–16.
Лысенко О. Н. Триангуляционные датчики расстояния. Автоматизация в промышленности. 2006; 11: 13–16.
Pruss Ruprecht C., Tiziani H. J., Osten W., Lücke P., Last A., Mohr J., Lehmann P. Confocal microoptical distance-sensor: principle and design. Proceedings of SPIE – Optical Measurement Systems for Industrial Inspection. 2005; 5856: 128–135.
Tiziani H. J., Wegner M., Steudle D. Confocal principle for macro- and microscopic surface and defect analysis. Optical Engineering. 2000; 39 (1): 32–39.
Zavialova M. A., Zavialov P. S. Hyperchromatic Lens for Fiber Confocal Surface Sensors Modeling and Calculation Based on Chromatic Coding Method. Photonics Russia. 2017; 5 (65): 80–90. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.80.90.
Завьялова М. А., Завьялов П. С. Моделирование и расчет гиперхроматических объективов для волоконных конфокальных датчиков поверхности на основе метода хроматического кодирования. Фотоника. 2017; 5 (65): 80–90. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.65.5.80.90.
Zav’yalova M.A., Zav’yalov P.S., Elesin A. G. Povyshenie razresheniya volokonnogo konfokal’nogo datchika poverhnosti na osnove metoda hromaticheskogo kodirovaniya. Pribory. 2018; 11: 1–5.
Завьялова М. А., Завьялов П. С., Елесин А. Г. Повышение разрешения волоконного конфокального датчика поверхности на основе метода хроматического кодирования. Приборы. 2018; 11: 1–5.
Verhoglyad A. G., Zav’yalova M.A., Knyazev B. A., Makarov M. A., Stupak M. F. Razrabotka konfokal’nogo datchika 3D poverhnosti na osnove metoda difrakcionnogo hromaticheskogo kodirovaniya dlya celej teragercovoj spektroskopii. Sibirskij fizicheskij zhurnal. 2010; 5 (4): 117–122.
Верхогляд А. Г., Завьялова М. А., Князев Б. А., Макаров М. А., Ступак М. Ф. Разработка конфокального датчика 3D поверхности на основе метода дифракционного хроматического кодирования для целей терагерцовой спектроскопии. Сибирский физический журнал. 2010; 5 (4): 117–122.
АВТОРЫ
Завьялова Марина Андреевна, к. т. н.; e-mail: mzav@tdisie.nsc.ru; к. т. н., научный сотрудник, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН (далее – КТИ НП СО РАН), info@tdisie.nsc.ru; www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: оптико-электронные приборы и системы, лазерные технологии.
ORCID:0000-0003-2000-6226
Завьялов Петр Сергеевич, к. т. н.; e-mail: zavyalov@tdisie.nsc.ru; директор КТИ НП СО РАН, www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: оптико-электронные приборы и системы, системы технического зрения, дифракционная оптика.
ORCID: 0000-0001-6222-5000
Савченко Марк Владимирович, e-mail: savchenko_mark@bk.ru; инженер-программист, КТИ НП СО РАН, www.tdisie.nsc.ru; Новосибирск, Россия. Область интересов: программирование.
ВКЛАД АВТОРОВ
Завьялова М. А.: расчет дифракционного оптического элемента, концепция эксперимента и проведение измерений, анализ результатов; Завьялов П. С.: организация эксперимента, анализ результатов и обсуждение; Савченко М. В. – проведение измерений, обработка результатов
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Все члены авторского коллектива приняли участие в написании рукописи согласно вкладу каждого в общий эксперимент и анализ полученных результатов. Авторы гарантируют оригинальность результатов и заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Отзывы читателей
