CN205157088U - 光路折返装置及薄膜应力测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光路折返装置，包括箱体、光入射窗、光学组件及光出射窗，光入射窗设于所述箱体上，光入射窗用于透过薄膜反射的入射光束；光学组件设于所述箱体内，光学组件用于对透过光入射窗的光束进行多次反射；光出射窗设于箱体上，光出射窗用于透过经过所述光学组件多次反射的出射光束。如此，通过设置该光路折返装置，使经过薄膜反射的光束的光程增加，且不用增加薄膜应力测试仪的长度，使其结构更加紧凑，降低了制造成本，且便于运输。还提供一种薄膜应力测试仪。

Description

光路折返装置及薄膜应力测试仪

技术领域

本实用新型涉及薄膜应力测量技术，特别是涉及一种光路折返装置及薄膜应力测试仪。

背景技术

目前薄膜技术被广泛应用于微电子、信息、传感器、光学、太阳能、机械防护等领域。一般地，光学元件表面薄膜的制备是在强烈的非平衡物理和化学过程中完成，诸如热蒸发、离子束溅射、磁控溅射、化学气相沉积等技术，从而导致薄膜具有残余应力。而薄膜的残余应力对薄膜的影响主要有两个方面，首先，当薄膜应力较大时，薄膜会从基板上起皱和脱落；其次，在高应力状态下，基板弯曲和薄膜的双折射率效应影响到薄膜性能指标的提高。

因此，多年来，薄膜应力的调控一直都是光学薄膜领域内应用的重要技术方向。而薄膜应力调控的前提必须是实现薄膜应力大小的测试，其中，薄膜应力测试仪的光程长度对于测试精度和量程影响较大，通常光程越长量程越大，则对应的精度越高。但是，简单增加光程长度会使薄膜应力测试仪的结构变长，制造成本高。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的薄膜应力测试仪结构较长，且制造成本高的问题，提供一种保证光程长度的前提下，结构简单、紧凑的光路折返装置及薄膜应力测试仪。

一种光路折返装置，包括：

箱体；

光入射窗，设于所述箱体上，所述光入射窗用于透过薄膜反射的入射光束；

光学组件，设于所述箱体内，所述光学组件用于对透过所述光入射窗的光束进行多次反射；

光出射窗，设于所述箱体上，所述光出射窗用于透过经过所述光学组件多次反射的出射光束。

在其中一实施例中，所述光学组件包括若干反光镜，若干所述反光镜固设于所述箱体内，且若干所述反光镜依次相对设置形成反射路径，以使透过所述光入射窗的入射光束经过若干所述反光镜的多次反射从所述光出射窗出射。

在其中一实施例中，所述光学组件包括第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜、第五反光镜及第六反光镜，所述第二反光镜朝向所述第一反光镜倾斜而设，所述第三反光镜朝向所述第二反光镜倾斜而设，所述第四反光镜朝向所述第三反光镜倾斜而设，所述第五反光镜分别朝向所述第二反光镜和第四反光镜倾斜而设，所述第六反光镜朝向所述第三反光镜倾斜而设；

所述第五反光镜位于所述第一反光镜与所述第二反光镜之间，所述第六反光镜位于所述第三反光镜与所述第四反光镜之间，所述第二反光镜与所述第三反光镜保持水平，所述第四反光镜与所述第五反光镜保持水平；

其中，所述第一反光镜、第二反光镜及所述第五反光镜与竖直方向的夹角为45度，所述第三反光镜、第四反光镜及所述第六反光镜与竖直方向的夹角为-45度。

在其中一实施例中，所述光入射窗与所述光出射窗设于所述箱体相对的两侧。

一种薄膜应力测试仪，用于测量镀膜后的基片上的薄膜应力，包括如上述的光路折返装置，所述薄膜应力测试仪还包括：

样品台，用于放置所述基片；

激光发射器，用于发射激光光束，所述激光发射器设于所述样品台上方；

激光探测仪，设于所述样品台一侧；

半透镜，用于透过所述激光发射器发射的激光光束，可接受所述基片反射的激光光束并将其反射至所述激光探测仪，所述半透镜设于所述激光发射器与所述样品台之间；

其中，所述光路折返装置设于所述半透镜反射激光光束至所述激光探测仪的反射路径上。

在其中一实施例中，所述光入射窗的中心处与所述半透镜反射所激光光束大致平齐。

在其中一实施例中，所述薄膜应力测试仪还包括驱动所述样品台以预定步长沿第一方向和第二方向移动的驱动装置，以及与所述驱动装置电连接的控制装置；

其中，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

在其中一实施例中，所述驱动装置包括沿第一方向延伸的第一滑轨及沿第二方向延伸的第二滑轨，所述样品台可滑动地连接于所述第二滑轨，所述第二滑轨可滑动地连接于所述第一滑轨。

在其中一实施例中，所述驱动装置还包括伺服电机组件，所述伺服电机组件包括第一伺服电机组件及第二伺服电机组件，所述第一伺服电机组件与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述第二滑轨沿第一方向在第一滑轨上以预定步长移动，所述第二伺服电机组件与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述样品台沿第二方向在所述第二滑轨上以预定步长移动。

在其中一实施例中，所述薄膜应力测试仪还包括工作台及设于所述工作台上的支撑架，所述样品台及所述激光探测仪相对的设置于所述工作台上，所述激光发射器及所述半透镜设于所述支撑架上，且所述半透镜位于所述激光发射器与所述样品台之间。

上述光路折返装置及薄膜应力测试仪，通过在半透镜反射激光光束至激光探测仪的路径上设置该光路折返装置，使经过薄膜反射的光束的光程增加，且不用增加薄膜应力测试仪的长度，使其结构更加紧凑，降低了制造成本，且便于运输。

附图说明

图1为一实施方式的薄膜应力测试仪的结构示意图；

图2为图1所示的薄膜应力测试仪的另一视角的结构示意图；

图3为图1所示的薄膜应力测试仪的又一视角的结构示意图；

图4为图1所示的光路折返装置的结构示意图；

图5为图4所示的光路折返装置的截面图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、图2及图3所示，本实用新型一实施例的薄膜应力测试仪100，用于测量镀膜后的基片上的薄膜应力。该薄膜应力测试仪100包括光路折返装置10、样品台20、激光发射器30、激光探测仪40及半透镜50，样品台20用于放置基片，激光发射器30用于发射激光光束，其设于样品台20上方，激光探测仪40设于样品台20一侧，半透镜50用于透过激光发射器30发射的激光光束，可接受基片反射的激光光束并将其反射至激光探测仪40，该半透镜50设于激光发射器30与样品台20之间，其中，光路折返装置10设于半透镜50反射激光光束至激光探测仪40的反射路径上。

具体地，如图1所示，该薄膜应力测试仪100还包括工作台60，以及设于工作台60上的支撑架70，本实施例中，该工作台60呈矩形状，样品台20与激光探测仪40沿工作台60长度方向相对设置，支撑架70设于工作台60上，且位于样品台20远离该激光探测仪40的一侧，光路折返装置10设于样品台20与激光探测仪40之间。该激光发射器30与半透镜50均设于该支撑架70上，并位于样品台20的上方，该半透镜50位于激光发射器30与样品台20之间。激光发射器30发射的激光光束沿竖直方向行进，半透镜50与水平方向的夹角为45度，是经过单面镀膜加工的平面镜，优选地，该半透镜50的透过率与反射率的比值为4：6，其朝向激光发射器30的一侧为未镀膜面，远离该激光发射器30的一侧为镀膜面。其中，该激光发射器30发射的激光光束沿竖直方向透过半透镜50后到达样品台20上的基片，基片反射激光光束到半透镜50镀膜的一侧面上，并经半透镜50的反射到达光路折返装置10最后到达激光探测仪40。

请一并参阅图4及图5，该光路折返装置10包括箱体12、设于箱体12内的光学组件14、光入射窗16及光出射窗18。该光入射窗16设于箱体12上，用于透过基片上的薄膜反射的入射光束，该光学组件14设于箱体12内，用于对透过光入射窗16的光束进行多次反射，该光出射窗18设于箱体12上，用于透过经过光学组件14多次反射的出射光束。

如此，通过设置该光路折返装置10，使经过薄膜反射的光束的光程增加，且不用增加薄膜应力测试仪100的长度，使其结构更加紧凑，降低了制造成本，且便于运输。

参照图4及图5所示，该光学组件14包括若干反光镜(图未标)，若干该反光镜固设于箱体12内，且依次相对设置形成反射路径，以使透过光入射窗16的入射光束经过若干反光镜的多次反射从光出射窗18出射。本实施例中，该光学组件14包括六块反光镜，分别为第一反光镜142a、第二反光镜142b、第三反光镜142c、第四反光镜142d、第五反光镜142e及第六反光镜142f，第二反光镜朝142b朝向所述第一反光镜142a倾斜而设，第三反光镜142c朝向第二反光镜142b倾斜而设，第四反光镜142d朝向第三反光镜142c倾斜而设，第五反光镜142e分别朝向第二反光镜142b和第四反光镜142d倾斜而设，第六反光镜142f朝向第三反光镜142c倾斜而设；第五反光镜142e位于第一反光镜142a与第二反光镜142b之间，第六反光镜142e位于第三反光镜142c与第四反光镜142d之间，第二反光镜142b与第三反光镜142c保持水平，第四反光镜142d与第五反光镜142e保持水平；其中，第一反光镜142a、第二反光镜142b及第五反光镜142e与竖直方向的夹角为45度，第三反光镜142c、第四反光镜142d及第六反光镜142f与竖直方向的夹角为-45度。六块反光镜相对的设于箱体12内，可对入射光束进行反射，可以理解的是，六块反光镜彼此不会产生干涉，从而使入射光束通过多次反射从光出射窗18射出。如图5所示，入射光束透过光入射窗16，依次经过第一反光镜142a、第二反光镜142b、第三反光镜142c、第四反光镜142d、第五反光镜142e及第六反光镜142f后，从光出射窗18射出。本实施例中，光入射窗16与光出射窗18设于箱体12相对的两侧，以便于反光镜的排布，光入射窗16及光出射窗18均可由光学玻璃制成。

本实施例中，该激光探测仪40安装在水平可调的工作台60上，优选采用分辨率为30微米的激光斑位敏感探测仪，具有较高的精度，可更精确地探测激光光斑的移动距离。光入射窗16的中心处与半透镜50反射激光光束大致平齐，该光出射窗18与该激光探测仪40的高度大致平齐，以使从激光光束可到达激光探测仪40。

由于镀膜后的基片具有曲率变化，样品台20可沿第一方向和第二方向以预定步长移动从而带动激光光束的偏转，激光探测仪40跟踪激光光束的偏转，根据样品台20移动的预设步长S、激光探测仪40表面的激光光斑的对应移动距离D、激光光束的偏转角度，以及激光发射器30、半透镜50、基片、激光探测仪40相互之间的距离关系得出镀膜基片的曲率半径。

需要指出，根据上述的数据得出镀膜基片的曲率半径为本领域的成熟技术，故不在此赘述其具体公式及原理。第一方向是指与如图1所示工作台60的宽度方向平行的方向，第二方向是指与如图1所示的工作台60的长度方向平行的方向。

请再次参阅图1，为实现样品台20沿第一方向和第二方向以预设步长移动，该薄膜应力测试仪100还包括驱动装置80及与该驱动装置80电连接的控制装置(图未标)，在控制装置的控制下，驱动装置80带动样品台20在工作台60上沿第一方向和第二方向以预设步长移动。一并参阅图2及图3，本实施例中，该驱动装置80包括沿第一方向延伸的第一滑轨82、沿第二方向延伸的第二滑轨84及伺服电机组件86，该伺服电机组件86包括第一伺服电机组件862及第二伺服电机组件864，该第一伺服电机组件862与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述第二滑轨84沿第一方向在第一滑轨82上以预定步长移动，该第二伺服电机组件864与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述样品台20沿第二方向在所述第二滑轨84上以预定步长移动。

上述光路折返装置10及薄膜应力测试仪100，通过在半透镜50反射激光光束至激光探测仪40的路径上设置该光路折返装置10，使经过薄膜反射的光束的光程增加，且不用增加薄膜应力测试仪100的长度，使其结构更加紧凑，降低了制造成本，且便于运输。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光路折返装置，其特征在于，包括：

箱体；

光入射窗，设于所述箱体上，所述光入射窗用于透过薄膜反射的入射光束；

光学组件，设于所述箱体内，所述光学组件用于对透过所述光入射窗的光束进行多次反射；

光出射窗，设于所述箱体上，所述光出射窗用于透过经过所述光学组件多次反射的出射光束。

2.根据权利要求1所述的光路折返装置，其特征在于，所述光学组件包括若干反光镜，若干所述反光镜固设于所述箱体内，且若干所述反光镜依次相对设置形成反射路径，以使透过所述光入射窗的入射光束经过若干所述反光镜的多次反射从所述光出射窗出射。

3.根据权利要求2所述的光路折返装置，其特征在于，所述光学组件包括第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜、第五反光镜及第六反光镜，所述第二反光镜朝向所述第一反光镜倾斜而设，所述第三反光镜朝向所述第二反光镜倾斜而设，所述第四反光镜朝向所述第三反光镜倾斜而设，所述第五反光镜分别朝向所述第二反光镜和第四反光镜倾斜而设，所述第六反光镜朝向所述第三反光镜倾斜而设；

所述第五反光镜位于所述第一反光镜与所述第二反光镜之间，所述第六反光镜位于所述第三反光镜与所述第四反光镜之间，所述第二反光镜与所述第三反光镜保持水平，所述第四反光镜与所述第五反光镜保持水平；

其中，所述第一反光镜、第二反光镜及所述第五反光镜与竖直方向的夹角为45度，所述第三反光镜、第四反光镜及所述第六反光镜与竖直方向的夹角为-45度。

4.根据权利要求2所述的光路折返装置，其特征在于，所述光入射窗与所述光出射窗设于所述箱体相对的两侧。

5.一种薄膜应力测试仪，用于测量镀膜后的基片上的薄膜应力，其特征在于，包括如权利要求1～4任意一项所述的光路折返装置，所述薄膜应力测试仪还包括：

样品台，用于放置所述基片；

激光发射器，用于发射激光光束，所述激光发射器设于所述样品台上方；

激光探测仪，设于所述样品台一侧；

半透镜，用于透过所述激光发射器发射的激光光束，可接受所述基片反射的激光光束并将其反射至所述激光探测仪，所述半透镜设于所述激光发射器与所述样品台之间；

其中，所述光路折返装置设于所述半透镜反射激光光束至所述激光探测仪的反射路径上。

6.根据权利要求5所述的薄膜应力测试仪，其特征在于，所述光入射窗的中心处与所述半透镜反射所激光光束大致平齐。

7.根据权利要求5所述的薄膜应力测试仪，其特征在于，所述薄膜应力测试仪还包括驱动所述样品台以预定步长沿第一方向和第二方向移动的驱动装置，以及与所述驱动装置电连接的控制装置；

其中，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

8.根据权利要求7所述的薄膜应力测试仪，其特征在于，所述驱动装置包括沿第一方向延伸的第一滑轨及沿第二方向延伸的第二滑轨，所述样品台可滑动地连接于所述第二滑轨，所述第二滑轨可滑动地连接于所述第一滑轨。

9.根据权利要求8所述的薄膜应力测试仪，其特征在于，所述驱动装置还包括伺服电机组件，所述伺服电机组件包括第一伺服电机组件及第二伺服电机组件，所述第一伺服电机组件与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述第二滑轨沿第一方向在第一滑轨上以预定步长移动，所述第二伺服电机组件与所述控制装置电连接，并通过滚珠丝杠驱动所述样品台沿第二方向在所述第二滑轨上以预定步长移动。

10.根据权利要求5～9任意一项所述的薄膜应力测试仪，其特征在于，所述薄膜应力测试仪还包括工作台及设于所述工作台上的支撑架，所述样品台及所述激光探测仪相对的设置于所述工作台上，所述激光发射器及所述半透镜设于所述支撑架上，且所述半透镜位于所述激光发射器与所述样品台之间。