CN1877298A - 膜层光谱的实时测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于镀膜过程中在线的膜层光谱的实时测量装置及其测量方法，该测量装置包括一光学膜厚监控系统，其特征在于还有一计算机，该计算机有两个RS232标准串口，第一串口接所述的光学膜厚监控系统的单色仪，第二串口接所述的光学膜厚监控系统的锁相放大器，所述的计算机与所述的单色仪和所述的锁相放大器进行通讯，按设定的扫描控制程序采集数据并进行数据处理。本发明可以在线获得已镀膜层在不同波长的透过率，即获得已镀膜层在一定波段范围内的光学特性曲线，由此可预知镀膜效果，从而对镀膜过程进行评价和指导。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜，特别是一种镀膜过程中对已镀膜层的膜层光谱的实时测量装置及其测量方法。
背景技术
光学镀膜一般采用光学监控膜厚的方法，现有的光学监控系统是光学膜厚监控系统(申请号为：200510024987.1，2005年11月16日公开)，图1是其光路图，该系统包括光源发射系统18、监控片14、信号接收系统19和锁相放大器12。由图1可见，该光学膜厚监控系统主要包括以下几部分：
光源发射系统18设置于镀膜机的真空室之顶垂直向下，由带光电池的光源和沿该光源发出的光束的前进方向依次设置的聚光镜15、光阑4、单排孔调制盘5和准直镜16组成，光阑4的光阑孔置于聚光镜15的焦点处，单排孔调制盘5处设有光开关6，该单排孔调制盘5周沿的调制孔贴近所述光阑的光阑孔并位于光源发射系统发出的光束上；监控片14置于镀膜机的真空室中并位于上述的光源发射系统的光束上。
信号接收系统19由设置于真空室之底盘下并与所述的光源发射系统发出的经监控片14的光束成45°的半透半反镜9、会聚镜8、单色仪7和光电倍增管10组成一共轴系统；光电倍增管10的信号输出端通过屏蔽线和锁相放大器12的信号输入端相连，光开关6的信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器12的参考信号输入端相连，光电池17的光源强度信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器12的辅助输入端相连。
光学器件表面镀膜，一般会使其在一定的波段范围内反射率或透射率发生变化，而上述光学膜厚监控系统在镀膜过程中，只能对单一波长的强度信息进行处理，无法得知膜层在其它波长或某一波段的光谱信息。
发明内容
本发明的目的是要对上述光学膜厚监控系统进行改进，提出一种用于镀膜过程中在线的膜层光谱的实时测量装置及其测量方法，它应可以在线获得已镀膜层在不同波长的透过率，即获得已镀膜层在一定波段范围内的光学特性曲线，由此可预知镀膜效果，从而对镀膜过程进行评价和指导。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于镀膜过程中在线的膜层光谱的实时测量装置，包括一光学膜厚监控系统，其特征在于还有一计算机，该计算机有两个RS232标准串口，第一串口接所述的光学膜厚监控系统的单色仪，第二串口接所述的光学膜厚监控系统的锁相放大器，所述的计算机与所述的单色仪和所述的锁相放大器进行通讯，按设定的扫描控制程序采集数据并进行数据处理。
所述的膜层光谱的实时测量装置的测量方法，其特征在于包括下列步骤：
①通过计算机设置光谱扫描范围、测量波长增量、采样时间间隔和每一测量波长的采样数；
②镀膜前，利用本装置并按下述步骤③至⑥对未经镀膜的监控片测量，制作系统的响应曲线；
③光谱测量时，所述的计算机通过第一串口发送指令，将所述的单色仪的工作波长调至上述扫描范围的最短波长；
④待信号稳定后，所述的计算机通过第二串口读取锁相放大器输出的强度信息数据并存储；
⑤所述的单色仪的工作波长增加一增量，如果单色仪的工作波长未超出波长扫描范围，则转到步骤③，否则进入步骤⑥；
⑥对每个测量波长所采集的数据去极值取平均，得到该波长的强度信息；
⑦将每个波长的强度信息除以该系统的响应曲线对应波长的强度信息，制作曲线，即为已镀膜层在所述的扫描范围的光谱曲线。
本发明的技术效果
1、本发明基于原有的光学镀膜控制系统，只需编制程序对单色仪和锁相放大器进行控制，易于实现。
2、本发明在镀膜过程中可以对膜层的光学特性进行实时在线测量，使人们了解重点关注的膜层的光学特性，从而对镀膜过程进行指导和评价。
3、本发明基于原有光学镀膜控制系统，由于原有光学镀膜控制系统通过锁相器采集透过监控片的光强信号可以有效的滤除噪声，所以本发明的扫描光谱精度可以很高。
4、本发明可以根据需要设置扫描波段范围，从而得到重点关注波段范围内监控片的光性曲线。
附图说明
图1为现有光学膜厚监控系统的结构示意图
图2为本发明膜层的光谱实时测量装置实施例的结构示意图
图3为本发明方法的扫描控制程序流程图
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为本发明膜层的光谱实时测量装置实施例的结构示意图，由图可见，本发明在线的膜层光谱的实时测量装置，包括一光学膜厚监控系统，其特征在于还有一计算机20，该计算机20有两个RS232标准串口，第一串口接所述的光学膜厚监控系统的单色仪7，第二串口接所述的光学膜厚监控系统的锁相放大器12，所述的计算机20与所述的单色仪7和所述的锁相放大器12进行通讯，并按设定的扫描控制程序采集数据并进行数据处理。
利用所述的膜层光谱的实时测量装置的测量方法，包括下列步骤：
①通过计算机20设置光谱扫描范围、测量波长增量、采样时间间隔和每一测量波长的采样数；
②镀膜前，利用本装置并按下述步骤③至⑥对未经镀膜的监控片14测量，制作系统的响应曲线；
③光谱测量时，计算机20通过第一串口发送指令，将所述的单色仪7的工作波长调至上述扫描范围的最短波长；
④待信号稳定后，计算机20通过第二串口读取锁相放大器12输出的强度信息数据并存储；
⑤所述的单色仪7的工作波长增加一增量，如果单色仪7的工作波长未超出波长扫描范围，则转到步骤③，否则进入步骤⑥；
⑥对每个测量波长所采集的数据去极值取平均，得到该波长的强度信息；
⑦将每个波长的强度信息除以该系统的响应曲线对应波长的强度信息，制作曲线，即为已镀膜层在所述的扫描范围的光谱曲线。
所述的扫描控制程序通过所述的计算机的RS232标准串口控制单色仪7和锁相放大器12的工作。图3为本发明方法的扫描控制程序流程图，
扫描控制程序能通过RS232标准第一串口控制单色仪7，按程序预先设定的目标波长改变单色仪7的工作波长。扫描控制程序能通过RS232标准第二串口按一定的采样间隔读取锁相放大器12输出的载有透射光强度信息的数据。
扫描控制程序能够在预先设定的波段范围内使单色仪7的工作波长从小到大按1nm的间隔逐次增加，并采集锁相放大器12输出的相应波长透射光的强度信息数据。扫描控制程序在扫描结束后可以对采集的强度信息数据进行滤噪和校准处理，得到扫描的光谱信息。
光学膜厚监控系统中的锁相放大器12在输入端接入50/60Hz和100/120Hz的陷波器，抑制了电源引入的干扰信号，且锁相放大器12内部的抗混叠滤波器可保证输入信号的失真非常小。所述的锁相放大器12能得到与脉冲信号同频率的信号光的信息，从而有效的滤除干挠。
光学膜厚监控系统中的单色仪7是一个快速转动衍射光栅，该快速转动衍射光栅中采用微步细分驱动步进电机，扫描控制程序通过RS232标准第一串口驱动步进电机，使其工作波长移动到指定波长。该调波长方法速度快，精度高，重复性好。
扫描控制程序流程如下：
其工作原理是：
光学膜厚监控系统中光源发射系统18发出的光束透过监控片14被信号接收系统19接收。镀制一定膜层后，透过监控片14的不同波长的透射光的强度信息会发生变化。运行计算机20的扫描控制程序可通过第一串口改变单色仪7的工作波长，并通过第二串口读取光学膜厚监控系统中锁相放大器12输出的相应波长强度信息。
扫描控制程序首先需要设置光谱扫描范围、波长增量、采样间隔以及采样数目。本实施例中，将波长增量默认设定为1nm；采样间隔默认设定为100ms；每个波长的采样数目默认设定为10，取其平均值作为该波长所对应的信号光强度，然后扫描控制程序通过第一串口将单色仪7的工作波长调至光谱扫描范围的最小波长，待信号稳定后，扫描控制程序通过第二串口以指定的采样间隔读取锁相放大器12输出的信号。读取10个数据后，扫描控制程序通过第一串口将单色仪7的工作波长增加1nm，且每次调波长完毕等待信号稳定以后，扫描控制程序都要通过第二串口采集锁相放大器12输出的信号，得到对应的单色仪工作波长处透射光的强度信息。如此循环直到单色仪7的工作波长达到光谱扫描范围的最大值。
通常在镀膜前对监控片14进行一次扫描作为系统的响应曲线，镀制一定膜层后再进行一次扫描，将每个波长的强度信息除以系统响应曲线上对应波长的强度信息，即得该监控片14上的已镀膜层在此光谱范围内的光谱曲线。
Claims (2)
1、一种用于镀膜过程中在线的膜层光谱的实时测量装置，包括一光学膜厚监控系统，其特征在于还有一计算机(20)，该计算机(20)有两个RS232标准串口，第一串口接所述的光学膜厚监控系统的单色仪(7)，第二串口接所述的光学膜厚监控系统的锁相放大器(12)，所述的计算机(20)与所述的单色仪(7)和所述的锁相放大器(12)进行通讯，并按设定的扫描控制程序采集数据并进行数据处理。
2、权利要求1所述的膜层光谱的实时测量装置的测量方法，其特征在于包括下列步骤：
①通过计算机(20)设置光谱扫描范围、测量波长增量、采样时间间隔和每一测量波长的采样数；
②镀膜前，利用本装置并按下述步骤③至⑥对未经镀膜的监控片(14)测量，制作系统的响应曲线；
③光谱测量时，计算机(20)通过第一串口发送指令，将所述的单色仪(7)的工作波长调至上述扫描范围的最短波长；
④待信号稳定后，计算机(20)通过第二串口读取锁相放大器(12)输出的强度信息数据并存储；
⑤所述的单色仪(7)的工作波长增加一增量，如果单色仪(7)的工作波长未超出波长扫描范围，则转到步骤③，否则进入步骤⑥；
⑥对每个测量波长所采集的数据去极值取平均，得到该波长的强度信息；
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| CN113774353A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-10 | 佛山市博顿光电科技有限公司 | 镀膜过程的工艺参数优化方法、装置及镀膜实时监控系统 |
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2006
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