CN2833515Y - 一种实时光学薄膜厚度监控设备 - Google Patents

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黄光周
于继荣
刘雄英
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Abstract

本实用新型公开了一种实时光学薄膜厚度监控设备，由光电传感器、直流信号放大器、A/D转换器、均值滤波器、安装有剔除奇异项、极值点判断软件的计算机及显示器依次连接构成。本实用新型克服了自动化程度低、操作者劳动强度大、监控单元分辨率不高、信号处理能力差、极值点难以判断，以及数据不能自动存储等问题，从而实现了镀制过程中对光学薄膜光谱特性的实时在线监控。

Description

一种实时光学薄膜厚度监控设备
技术领域
本实用新型涉及电子自动控制设备领域，具体是一种实时光学膜厚监控设备。
背景技术
在各种光无源器件中，要使光学薄膜滤光片的特性符合设计的要求，其膜厚监控系统就必须满足精度高，稳定性好等要求，而且监控要实现自动化。随着科学技术的发展，光学膜厚监控技术在不断完善，从测量原理看，主要有光电极值法、石英晶体振荡法、椭偏仪法、宽光谱扫描法等，传统的光电极值法虽然价格便宜，但自动化程度低，人为因素影响大，光谱特性曲线极值点附近分辨率不高，不能实时监控膜厚变化情况等缺点，采用这种方法监控薄膜的厚度，很难制造出符合性能要求的产品。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有光电极值法的缺点而进行改进，改进后的光电极值法膜厚监控设备克服了自动化程度低、操作者劳动强度大、监控单元分辨率不高、信号处理能力差、极值点难以判断，以及数据不能自动存储等问题，从而实现了镀制过程中对光学薄膜光谱特性的实时在线监控。
本实用新型的一种实时光学薄膜厚度监控设备由光电传感器1、直流信号放大器2、A/D转换器3、均值滤波器4、安装有剔除奇异项5、极值点判断6软件的计算机及显示器7依次连接构成。其相互位置及连接关系如附图1所示。
本实用新型的工作原理为：光电传感器1将检测到的光信号转换成便于处理的电信号，此信号经放大器2放大调整到一个适当范围，进入A/D转换器3转变为数字信号。通过增加A/D转换器的位数，可以使系统的采样分辨率得到相应的提高，进而提高了薄膜光谱特性的信号采集精度。数字信号必须进入均值滤波器4和剔除奇异项5进行处理，其措施是在某一时间内，把膜厚变化的信号看作静态，这样就将这段时间内的N个实际采样值进行平均处理，得到一个平均值，并对噪声干扰和随机误差进行抑制；镀膜过程可能会受到外界条件等因素的影响(如电压波动)，使采集到的少部分数据偏离正常值，因此，必须对这些奇异点进行判断和剔除，以便保证监控质量，这些过程全部由软件完成。极值点判断6是保证光学膜厚度准确控制的关键步骤。因为用光电极值法可测量薄膜厚度，是基于薄膜厚度变化时，反射率R或透射率T也在变化，当光学膜厚度达到控制波长1/4的整数倍时，就出现一个极值点；在传统方法中，极值点附近反射率R或透射率T对光学厚度nd的变化不灵敏。本实用新型是将反射率R或透射率T对光学厚度nd的变化量在数值上加以放大，为此采用基于电压补偿的增量法和斜率法，经过这样的处理后获得的监控特性曲线传送到显示器7。这样在显示器上出现极值点非常容易判断的波形，从而实现了光学膜光学特性的精确监控。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益的效果：
(1)本实用新型自动化程度高，在镀膜过程中，操作者只要观察屏上极值点就可根据需要随时关停，从而降低操作者的劳动强度；
(2)本实用新型分辨率高，信号处理能力强，极值点判断直观、准确，数据能自动存储；
(3)本实用新型结构简单，成本低，价格便宜。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理方框图；
图2为实施例中对SiO2进行10个λ/4光学厚度镀制得出膜厚监控曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图来对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于实施例中所描述的范围。
实施例1
一种简易的实时光学薄膜厚度监控系统结构方框图如图1所示，它依次由光电传感器1、直流信号放大器2、A/D转换器3、均值滤波器4、安装有剔除奇异项5、极值点判断6软件的计算机及显示器7连接构成。其相互位置及连接关系如附图1所示。
本实用新型的工作原理如技术方案部分所述。
本实用新型实施方式如下：
(1)按附图1所示，设计、加工、制造或选购本实用新型的各部件，例如：A/D转换器3，可选12位的A/D转换器，以提高数据采集的分辨率；均值滤波器4和剔除奇异项5，可采用均值滤波和剔除奇异项的措施，由软件实现；极值点判断6，可通过电压补偿的增量法和斜率法的措施，并由软件实现，最后，把经处理后的波形，送到图形显示器7，完成整个监控过程。
(2)加工、制造、选购好各部件后，然后按附图1所示及所述的相互位置及连接关系进行安装、调试和编制软件，便能实现本实用新型。发明人经过对本实用新型的多次实验，并对SiO2进行10个λ/4光学厚度镀制得出膜厚监控曲线，如附图2所示，经过红膜镀制、粗波分复用(CWDM)镀制，均取得了性能稳定效果较好的结果。

Claims (1)

1、一种实时光学薄膜厚度监控设备，其特征在于由光电传感器(1)、直流信号放大器(2)、A/D转换器(3)、均值滤波器(4)、安装有剔除奇异项(5)、极值点判断(6)软件的计算机及显示器(7)依次连接构成。
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