[實用新型]一種復合光路寬光譜膜厚監控裝置

有效

• 申請號: 200820046805.X
• 申請日: 2008-04-23
• 公開（公告）號: CN201228283Y
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 任豪;羅宇強;王巧彬
• 申請（專利權）人: 廣州市光機電技術研究院
• 主分類號: C23C14/52
• 分類號: C23C14/52;C23C14/54
• 代理公司: 廣州市一新專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陳振華

技術領域

本實用新型涉及真空鍍膜光學膜厚監控技術領域，特別是一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，屬真空鍍膜技術領域。

技術背景

在真空鍍膜過程中，需要準確監控鍍制薄膜的膜層厚度，光學膜厚監控方法是一種重要的技術手段，尤其是對于光學鍍膜。光學膜厚監控方法主要有極值法和寬光譜掃描法。其中極值法是利用薄膜在膜厚達1/4中心波長時，中心波長點的透射率(反射率)達到極值的性質來監控膜厚，簡單易行，但依賴鍍膜經驗，并只能監控單波長的透射光(反射光)強度，難以進行非規整膜系的膜厚監控。寬光譜掃描法是在鍍膜過程中實時掃描鍍制薄膜的光譜特性，利用不同的膜層厚度對應著不同的光譜特性，以評價函數來比較實測光譜曲線與理論光譜曲線進行膜厚監控和鍍膜過程分析，可在光學鍍膜過程中得到豐富的鍍制薄膜的寬光譜信息，精確監控各種膜系光學薄膜的膜厚。

兩種方法各有利弊，各有所長。目前傳統的光學鍍膜設備大都配置基于極值法的光學膜厚控制儀，采用垂直光路或傾斜光路，選擇進行透射式或反射式光學膜厚監控。為了滿足非規整膜系光學鍍膜制備要求，提高膜厚監控同一性和自動化，發展了寬光譜膜厚監控技術并配置在先進的光學鍍膜設備上。現有的寬光譜膜厚監控系統，其光路系統仍是借鑒極值法光學膜厚監控系統，即采用基本相同的光路系統，只是在光路出口位置將接收光信號的光學膜厚控制儀，改為光譜儀，由于無需光信號調制濾波，一般都去除了原光路中的調制器，但需提高光源的發光強度以降低雜散光的影響。由此產生光路結構上的區別，使得這兩種光學膜厚監控方法無法被同時采用，也難以對鍍膜設備的膜厚監控系統進行更換或升級改造。

發明內容

本實用新型提出一種復合光路寬光譜膜厚監控裝置，實現基于寬光譜掃描法的寬光譜膜厚監控系統和基于極值法的光學膜厚監控系統的兼容并用。

本實用新型的技術解決方案如下：

一種復合光路寬光譜膜厚監控裝置，其結構包括：光發射裝置、光路、光接收裝置、控制電路、計算機和監控軟件。其中光發射裝置包括光源、調制器及驅動電路，光接收裝置包括光譜儀和光學膜厚控制儀。

一種復合光路寬光譜膜厚監控裝置，其特征在于在光路系統中設置復合光路，利用復合光路的兼容性，使基于寬光譜掃描法的寬光譜膜厚監控和基于極值法的光學膜厚監控實現兼容并用。

所述的復合光路，包括發射光路和接收光路，并在發射光路和接收光路之間設置監控比較片、分光鏡、光源修正濾光片和連接件，其中分光鏡和濾光片固定在連接件上。復合光路置于發射裝置和接收裝置之間，并通過光纖與接收裝置相連接。

復合光路包括采用垂直光路或傾斜光路，可選擇進行透射式或反射式光學膜厚監控，并在由發射光路和接收光路組成的光學膜厚監控光路中，通過增加中間通光孔式的分光鏡，將監測光信號一分為二，其中一路監測光信號經過反射后，耦合到光纖中，再會聚進入光學膜厚控制儀中，另一路監測光信號透射中間的通光孔，經過光源修正濾光片后，耦合到光纖中，再會聚進入光譜儀中，由系統監控軟件進行信號采集和處理，進行寬光譜膜厚監控。

所述的分光鏡，是中間開一通光孔的反射鏡，使反射的監測光信號滿足光學膜厚監控要求，同時使透射的監測光信號滿足寬光譜膜厚監控要求。由于通光孔的孔徑較小，一方面不會降低進入光學膜厚控制儀的監測光信號強度，另一方面通光孔位于復合光路光軸上，起到光闌的作用，使得光纖接收光錐角變的很小，只有接近垂直入射的光才能耦合進光纖中，基本消除鍍膜過程中雜散光對寬光譜膜厚監控的影響。

所述的光譜儀，為采用線性硅CCD陣列類探測器的光譜儀，通過USB接口或RS232接口與計算機相連，選擇采用積分方式采集光譜，則無需去除、停止或改變光學膜厚監控光路中進行光信號調制的調制器，只是使入射光譜儀的監測光信號產生一定的強度衰減，因此復合光路兼容了完整的光學膜厚監控光路，從而同時適用于光學膜厚監控和寬光譜膜厚監控。

所述的監控軟件安裝在計算機中，主要用于寬光譜膜厚監控，實時的對監測光譜信號進行采集、處理和計算分析，直觀的顯示鍍膜過程中實測光譜曲線和理論光譜曲線的吻合逼近程度，準確地顯示制備過程中光學特性的變化，包括某一特定波長透射率/發射率的絕對值和變化趨勢，準確的反映膜厚的真實變化，以評價函數來進行光學鍍膜過程中的膜厚監控和過程判斷。

所述的控制電路，通過信號線和電纜線，分別與計算機和鍍膜設備相連。根據計算機和監控軟件輸出信號分別控制鍍膜設備上的不同電源、控制開關和裝置等，實現鍍膜過程的自動控制和膜厚的高精度控制。