CN203116699U - 用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反镜、精密电动平台、垂直物镜、自动载物台、检偏器、CCD相机和计算机，起偏器、1/4波片以及半透半反镜沿出射方向顺次设置在平行光源的前方，同时半透半反镜向平行光源倾斜并且与水平方向成45度，起偏器、1/4波片以及平行光源均竖直设置在水平设置的精密电动平台上，垂直物镜以及自动载物台均水平设置在半透半反镜的正下方，检偏器和CCD相机均水平设置在半透半反镜的正上方，CCD相机的光轴、半透半反镜的竖直光轴、垂直物镜的光轴重合。本实用新型系统结构简单，无需扫描,动态测量效果好,便于后期处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种显微观测系统，特别是用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统。
背景技术
近些年来，纳米技术得到了飞速发展,纳米技术的应用正朝深层次、广领域全面展开，并与材料学、电子学、机械学，化学，生物学等交汇融合。而纳米测量技术，作为基础，已经渗透到了以上各个领域。其中，尤其是纳米精度的薄膜检测，更是在半导体加工，微机械系统加工，纳米摩擦学以及分子生物学领域中有着广泛的应用。
目前，主要的用于检测纳米薄膜厚度的方法有AFM，XPS，FTIR以及椭偏仪等。而在纳米摩擦学和分子生物学中，比如硬盘工业和DNA分子杂交领域，对于不稳定的薄膜观测，实时动态测量尤为重要。而以上几种方法，测量时都需要进行扫描检测，测量时间长，或无法形成薄膜图像，因此不利于动态检测和进行实时的测量。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，系统结构简单，对薄膜的动态连续观测效果好，便于实现连续测定，提高显微系统的观测效率。
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反镜、精密电动平台、垂直物镜、自动载物台、检偏器、CCD相机和计算机，所述起偏器、1/4波片以及半透半反镜沿出射方向顺次设置在平行光源的前方，同时半透半反镜向平行光源倾斜并且与水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均竖直设置在水平设置的精密电动平台上，所述垂直物镜以及自动载物台均水平设置在半透半反镜的正下方，所述检偏器和CCD相机均水平设置在半透半反镜的正上方，所述CCD相机的光轴、半透半反镜的竖直光轴、垂直物镜的光轴重合，所述平行光源、起偏器以及1/4波片的光轴偏离与半透半反镜的光轴重合的主光轴，所述CCD相机、自动载物台以及精密电动平台均连接到计算机。本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，有效地改善了传统薄膜厚度检测方法所面临的扫描问题，实现了薄膜的连续动态检测，提高了检测的效率和精度，同时具有原理简单，系统结构简单问题，便于调校，便于观测图像后期处理分析。
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统的一种改进，所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ，所述汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ为凸透镜，所述汇聚透镜Ⅰ沿平行光源的出射方向设置在1/4波片和半透半反镜之间并且汇聚透镜Ⅰ的光轴与半透半反镜的水平光轴重合，所述汇聚透镜Ⅱ水平设置在CCD相机与检偏器之间并且汇聚透镜Ⅱ的光轴与半透半反镜的竖直光轴重合，同时汇聚透镜Ⅱ的前焦平面和半透半反镜的下焦平面重合在半透半反镜之间同一水平面上。本改进设置的汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ有利于在生产检测中保证焦平面的一致性和稳定性，从而提高设备系统的稳定性和检测的精度和检测效果。
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统的又一种改进，所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括至少一个精密自动转台，所述检偏器或者起偏器设置在精密自动转台上。本改进通过设置的精密自动转台，有利于在检测中调整起偏器和检偏器的方向，从而调整偏振光的偏振方向以及光强，以提高显微系统的检测观察效果，提高观测效率和观测精度。
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，有效地改善了传统薄膜厚度检测方法所面临的扫描问题，实现了薄膜的连续动态检测，提高了检测的效率和精度，同时具有原理简单，系统结构简单问题，便于调校，便于观测图像后期处理分析，还能调整焦平面以及偏振光的偏振方向和光强从而有效地改善了。
附图说明
图1、本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统的结构示意图。
附图标记列表：
1、平行光源； 2、起偏器； 3、精密自动转台；
4、1/4波片； 5、精密电动转台； 6、半透半反镜的下焦平面；
7、垂直物镜； 8、样品薄膜； 9、自动载物台；
10、检偏器； 12、CCD相机； 13、计算机；
14、汇聚透镜Ⅰ； 15、汇聚透镜Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，包括平行光源1、起偏器2、1/4波片4、半透半反镜、精密电动平台5、垂直物镜7、自动载物台9、检偏器10、CCD相机12和计算机13，所述起偏器2、1/4波片4以及半透半反镜沿出射方向顺次设置在平行光源1的前方，同时半透半反镜向平行光源1倾斜并且与水平方向成45度，所述起偏器2、1/4波片4以及平行光源1均竖直设置在水平设置的精密电动平台5上，所述垂直物镜7以及自动载物台9均水平设置在半透半反镜的正下方，所述检偏器10和CCD相机12均水平设置在半透半反镜的正上方，所述CCD相机12的光轴、半透半反镜的竖直光轴、垂直物镜7的光轴重合，所述平行光源1、起偏器2以及1/4波片4的光轴偏离与半透半反镜的光轴重合的主光轴，所述CCD相机12、自动载物台9以及精密电动平台5均连接到计算机13。本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，有效地改善了传统薄膜厚度检测方法所面临的扫描问题，实现了薄膜的连续动态检测，提高了检测的效率和精度，同时具有原理简单，系统结构简单问题，便于调校，便于观测图像后期处理分析。
作为一种优选，所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括汇聚透镜Ⅰ14和汇聚透镜Ⅱ15，所述汇聚透镜Ⅰ14和汇聚透镜Ⅱ15为凸透镜，所述汇聚透镜Ⅰ14沿平行光源1的出射方向设置在1/4波片4和半透半反镜之间并且汇聚透镜Ⅰ1的光轴与半透半反镜的水平光轴重合，所述汇聚透镜Ⅱ15水平设置在CCD相机12与检偏器10之间并且汇聚透镜Ⅱ15的光轴与半透半反镜的竖直光轴重合，同时汇聚透镜Ⅱ15的前焦平面和半透半反镜的下焦平面6重合在半透半反镜之间同一水平面上。通过设置的汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ有利于在生产检测中保证焦平面的一致性和稳定性，从而提高设备系统的稳定性和检测的精度和检测效果。
作为一种优选，所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括至少一个精密自动转台3，所述检偏器10或者起偏器2设置在精密自动转台3上。通过设置的精密自动转台，有利于在检测中调整起偏器和检偏器的方向，从而调整偏振光的偏振方向以及光强，以提高显微系统的检测观察效果，提高观测效率和观测精度。
实施例
本实用新型包括平行光源1，起偏器2，精密自动转台3，1/4波片4，精密电动转台5，垂直物镜7，样品薄膜8，自动载物台9，检偏器10，CCD相机12和计算机13。
平行光源1放置在汇聚透镜Ⅰ14的后焦平面上，平行光束经过汇聚透镜Ⅰ14聚焦和半透半反镜调整后汇聚于半透半反镜的下焦平面6上。
上述平行光源1和汇聚透镜Ⅰ14二者之间加入起偏器2和1/4波片4，将自然光转化为测量必须的椭圆偏振光。
汇聚透镜Ⅱ15的前焦平面与垂直物镜7的后焦平面重合。
会聚光线经过垂直物镜7形成平行光，且通过精密电动平台5调整平行光源1的位置，使其偏离主光轴，因此入射至样品薄膜8表面的平行光具有一定的入射角（一般设置为50-70°），实现对样品薄膜的平行光倾斜照明。
由于不同薄膜厚度对偏振光线p分量和s分量的反射率不同，因此经过样品薄膜8反射的光线包含了不同的偏振光信息，经过检偏器10，通过与起偏器2、检偏器10相连接的自动转台3 1，自动调整起偏器2和检偏10器至合适的角度，利用公式：
将偏振光信息转化为光强度的变化，由高感光的CCD相机12接收，从而获得薄膜厚度信息。其中，I为CCD相机12接收的光强，I0为入射光强，P，A分别为起偏器2和检偏器10的角度，Δ为与薄膜厚度相关的p光与s光的相移，Rs和r分别为反射s光的复振幅和反射s光与p光的振幅比。
以图1所示实施例说明测量操作过程。
1. 放置样品薄膜8与自动载物台9，同时在计算机上设定样品的折射率等信息；
2. 调整自动载物台9高度，自动对焦；
3. 根据样品薄膜8折射率信息，计算最佳入射角度，控制精密电动平台5，调整入射角度为最佳入射角度；
4. 控制自动转台3，调整起偏器和检偏器角度，获得消光条件角度；
5. 固定检偏器10，控制精密自动转台3，改变起偏器2角度，计算薄膜厚度，同时获取图像信息；
6. 图像处理和存储。
本实用新型公开的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，有效地改善了传统薄膜厚度检测方法所面临的扫描问题，实现了薄膜的连续动态检测，提高了检测的效率和精度，同时具有原理简单，系统结构简单问题，便于调校，便于观测图像后期处理分析，还能调整焦平面以及偏振光的偏振方向和光强从而有效地改善了。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，其特征在于：包括平行光源、起偏器、1/4波片、半透半反镜、精密电动平台、垂直物镜、自动载物台、检偏器、CCD相机和计算机，所述起偏器、1/4波片以及半透半反镜沿出射方向顺次设置在平行光源的前方，同时半透半反镜向平行光源倾斜并且与水平方向成45度，所述起偏器、1/4波片以及平行光源均竖直设置在水平设置的精密电动平台上，所述垂直物镜以及自动载物台均水平设置在半透半反镜的正下方，所述检偏器和CCD相机均水平设置在半透半反镜的正上方，所述CCD相机的光轴、半透半反镜的竖直光轴、垂直物镜的光轴重合，所述平行光源、起偏器以及1/4波片的光轴偏离与半透半反镜的光轴重合的主光轴，所述CCD相机、自动载物台以及精密电动平台均连接到计算机。
2.根据权利要求1所述的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，其特征在于：所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ，所述汇聚透镜Ⅰ和汇聚透镜Ⅱ为凸透镜，所述汇聚透镜Ⅰ沿平行光源的出射方向设置在1/4波片和半透半反镜之间并且汇聚透镜Ⅰ的光轴与半透半反镜的水平光轴重合，所述汇聚透镜Ⅱ水平设置在CCD相机与检偏器之间并且汇聚透镜Ⅱ的光轴与半透半反镜的竖直光轴重合，同时汇聚透镜Ⅱ的前焦平面和半透半反镜的下焦平面重合在半透半反镜之间同一水平面上。
3.根据权利要求1或2所述的用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统，其特征在于：所述用于纳米厚度薄膜动态观测的偏振光显微系统还包括至少一个精密自动转台，所述检偏器或者起偏器设置在精密自动转台上。
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