CN1696336A - 计算机控制镀膜装置 - Google Patents
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Abstract
一种计算机控制镀膜装置，包括由光源发射系统、监控片、信号接收系统和锁相放大器四部分组成的光学膜厚监控系统，其特征在于还有带有控制程序的计算机、晶控仪、挡板开关控制电路；所述的控制程序部分包括参数设定模块和数据处理模块。本发明消除了由于人为因素导致的稳定性、重复性问题；采用光学监控和晶振监控结合的方法，既可以镀膜规整膜系，又可以镀制非规整膜系。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜，特别是一种既能监控规整膜系，又能监控非规整膜系的计算机控制镀膜装置。
背景技术
薄膜的制备，除了选择适当的材料和制备工艺外，还必须精确的控制其厚度。厚度作为最重要的光学薄膜参数之一，它决定性地影响薄膜的力学性能、电学性能和光学性能；另一方面，几乎所有的薄膜性质都与厚度有关。因此准确控制薄膜的厚度就成为制备光学薄膜的关键。图1给出了本发明人发明的由人工监控的光学膜厚监控系统(申请号：200510024987.1，申请日：2005年4月28日)的光路图，该光学膜厚监控系统由光源发射系统18、监控片14、信号接收系统19和锁相放大器12四部分组成，光源1发出的光束经聚光镜15会聚到光阑4上，入射光束经单排孔调制盘5后成为调制光，经准直镜16后成为平行光，该平行光通过监控片14后成为信号光，镀膜过程中薄膜的光学厚度信息将表现为信号光的强度信息。在调制盘5的一边固定一光开关6，光开关6由电源、发光二极管、光电三极管和电阻组成，镀膜过程中发光二极管一直处于发光状态，当其发出的光被单排孔调制盘5挡住时，光电三极管处于截止状态，输出电平为低电平，当光从单排孔调制盘5的孔中透过照射到光电三极管上时，光电三极管处于导通状态，输出电平为高电平，输出脉冲波的频率即为入射到监控片14上的调制光的频率，该信号作为参考信号。经过监控片14后的光经半透半反镜9后经会聚镜8会聚到单色仪7的入射狭缝11上，用光电倍增管10接收单色仪7出射狭缝的光，并将该信号作为锁相放大器12的信号输入。用光电倍增管10输出的信号作为锁相放大器12的信号输入，用光开关6输出的参考信号作为锁相放大器12的参考输入，用光电池6获得光源强度的变化信号作为锁相放大器12的辅助输入。锁相放大器12将输入信号与参考信号进行数字化处理，将携带膜厚信息的信号显示在前面板上。该系统由人工监控，由于人为的随机因素较大，影响稳定性、重复性和监控精度，并且用光学膜厚监控仪只能监控规整膜系；另外有些设备采用晶控仪通过晶控仪获得的膜层厚度进行监控，该方法可以监控非规整膜系，但也渗入了一些人为因素，影响稳定性、重复性和监控精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种既能监控规整膜系，又能监控非规整膜系的计算机控制镀膜装置。
本发明的解决方案如下：
一种计算机控制镀膜装置，包括由光源发射系统、监控片、信号接收系统和锁相放大器四部分组成的光学膜厚监控系统，其特征在于还有带有控制程序的计算机、晶控仪、挡板开关控制电路；
所述的锁相放大器将来自光电池的光源强度的信号和从光电倍增管获得的膜厚的信号进行除法处理，这样消除了光源不稳对信号带来的影响，并将结果显示在液晶显示屏上，锁相放大器带有标准的RS232接口和计算机第一串口直接相连传输数据。
所述的晶控仪根据单位时间内晶振片的谐振频率的改变以及设定的膜料密度计算沉积膜料的厚度，以及膜料的沉积速率，晶控仪带有标准的RS232接口，和计算机第二串口直接相连传输数据。所述的晶控仪蒸发源控制电压输出端分别和第一蒸发源、第二蒸发源相连，控制蒸发源的电流大小，从而控制膜料的沉积速率。
所述的挡板开关控制电路由光电三极管、固态继电器、蒸发源挡板控制器组成。
本发明的技术效果：
①本发明同时采用光学监控和晶振监控的方法，既可镀制规整膜系，又可镀制非规整膜系。
②本发明实时采集镀膜时的透过率、膜层厚度、膜料沉积速率并保存，便于计算机对薄膜的各种特性进行分析。
③本发明通过计算机控制整个镀膜过程，消除由于人为因素导致的稳定性和重复性问题。
④本发明采用的锁相放大器和晶控仪都具有标准的RS232接口，可直接和计算机通讯，不需要再配数据采集卡。
⑤本发明采用Win98操作系统下VC++6.0编程，界面直观友好，命令输入操作方便；程序采用模块化设计，可扩张，易移植。
附图说明
图1为现有的光学膜厚监控系统的结构示意图
图2为本发明计算机控制镀膜装置结构示意图
图3为本发明控制程序的主界面图
图4为本发明主程序流程图
图5为本发明参数设定模块流程图
图6为本发明挡板开关控制电路(20)的电路图
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
先请参阅图2，图2为本发明计算机控制镀膜装置的结构示意图，由图可见，本发明计算机控制镀膜装置包括由光源发射系统18、监控片14、信号接收系统19和锁相放大器12四部分组成的光学膜厚监控系统，其特征在于还有：带有控制程序的计算机30、晶控仪26、挡板开关控制电路20；所述的晶控仪26的晶振头21通过屏蔽线经阻抗匹配器22和晶控仪26相连；所述的晶控仪26的蒸发源控制电压输出端28通过屏蔽线分别和第一蒸发源35、第二蒸发源24相连；所述的锁相放大器12、晶控仪26分别通过自带的RS232串口和带有控制程序的计算机30的第一串口29、第二串口32相连，计算机并口31的第2针、第3针通过屏蔽线经挡板开关控制电路20和第一蒸发源挡板控制器25、第二蒸发源挡板控制器27相连；
计算机30的控制程序由Visual C++6.0编写，包括参数设定模块、和数据处理模块。图3为本发明应用程序主界面，图4为本发明主程序流程图，工作时先进行参数设置，点击应用程序主界面上‘执行’后便开始镀膜，程序开始根据设置的参数对实时采集的数据进行处理，直至膜系镀制完毕后退出控制程序。
点击应用程序主界面上的‘参数设定’进入所述的参数设定子界面，程序流程图如图5所示，在参数设定界面上设置采样间隔、准备镀制的膜系、材料折射率、基底折射率、基底透过率；参数设定后计算机开始采集锁相放大器12输出的电压值，当采集到300个数据后自动停止采集，将所有电压值求和、取平均值，用基底透过率和所得的电压平均值相除得到修正因子，并根据设定的参数计算总的镀膜层数k及每层膜停止时的理论透过率值，然后返回主界面。
点击应用程序主界面上的‘执行’后，计算机根据设定参数向挡板开关控制电路20发出打开第一蒸发源挡板35信号，并开始数据的采集与处理，将实时采集的数据和理论计算值进行比较，当这两者相等时向挡板开关控制电路20发出关闭当前蒸发源挡板的信号，同时发出打开第二蒸发源挡板信号，开始下一膜层的镀制。在镀膜过程中，晶控仪26实时采集膜料的沉积速率，并根据采集的沉积速率实时改变蒸发源控制电压输出端28的输出电压，以调节膜料的蒸发速率，使得膜料的蒸发速率平稳。
所述的挡板开关控制电路20如图6所示，由光电三极管G1、光电三极管G2、固态继电器01、固态继电器03、第一蒸发源挡板控制器02、第二蒸发源挡板控制器04组成，输入端分别和计算机并口31的第2针、第3针相连。当计算机根据设置发出打开第一蒸发源挡板23的信号时，固态继电器01输出220V电压，触发第一蒸发源挡板控制器02打开第一蒸发源挡板23，同时关闭第二蒸发源挡板36；当计算机发出打开第二蒸发源挡板36的信号时，固态继电器03输出220V电压，触发第二蒸发源挡板控制器04打开第二蒸发源挡板36，同时关闭第一蒸发源挡板23。
当判断最后一层膜层镀制完毕时，程序停止数据采集，并将所有采集的数据自动保存，退出控制程序，镀膜结束。
Claims (3)
1、一种计算机控制镀膜装置，包括由光源发射系统(18)、监控片(14)、信号接收系统(19)和锁相放大器(12)四部分组成的光学膜厚监控系统，其特征在于还有：带有控制程序的计算机(30)、晶控仪(26)、挡板开关控制电路(20)；所述的晶控仪(26)的晶振头(21)通过屏蔽线经阻抗匹配器(22)和晶控仪(26)相连；所述的晶控仪(26)的蒸发源控制电压输出端(28)通过屏蔽线分别和左蒸发源(35)、右蒸发源(24)相连；所述的锁相放大器(12)的RS232串口(34)、晶控仪(26)的RS232串口(33)分别与所述的计算机(30)的第一串口(29)、第二串口(32)相连，该计算机(30)的并口(31)通过屏蔽线经挡板开关控制电路(20)与左蒸发源挡板控制器(25)和右蒸发源挡板控制器(27)相连；所述的控制程序包括参数设定模块和数据处理模块。
2、根据权利要求1所述的计算机控制镀膜装置，其特征在于所述的参数设定模块用于设置采样间隔、准备镀制的膜系、材料折射率、基底折射率、基底透过率、极值判断时间、极值判断速率限制值及控制波长，并根据设置参数计算总的镀膜层数以及每层膜停止时的理论透过率。
3、根据权利要求1所述的计算机控制镀膜装置，其特征在于：挡板开关控制电路(20)由光电三极管、固态继电器和蒸发源挡板控制器组成，所述的光电三极管起到隔离的作用。
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