光学膜厚监控系统技术方案

一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控系统，特征在于其结构包括光源发射系统、监控片、信号接收系统和锁相放大器四部分：所述的光源发射系统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、光阑、单排孔调制盘和准直镜组成，所述的信号接收系统由依次设置的折光元件、会聚镜、单色仪和光电倍增管组成一同光轴系统。本发明专利技术既适用于垂直透射式光学膜厚监控系统，又适于作反射式光学膜厚监控系统，安装变换方便而且监控的精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镀膜，特别是一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控系统。
技术介绍
光学膜厚监控系统是在真空镀膜过程中监控薄膜厚度的光学系统，现有的监控光学薄膜厚度的系统是垂直透射式光学系统(85101725，1987年10月7日公开)，图1是其光路图，在角可变滤光片03或单色仪出射狭缝后置一等双孔光阑04，且使其双孔的公共中心线垂直通过角可变滤光片03旋转轴线(光轴)。反射聚光镜01把光源02成像于等双孔光阑04上，从双孔出射的分别是测量光束和参考光束，双排孔调制盘05分别调制参考光和信号光，透镜06将等双孔光阑04成像于监控片08所在的平面上，并且使测量光束通过监控片08，而参考光束从监控片08旁边空白处通过，透镜09将光束聚焦到接收器。目前光学镀膜大都使用光学监控膜厚的方法，并且有些膜系用透射光路监控效果较好，有些则用反射光路监控效果较好。上述引用的垂直透射式双光束光学系统只能监控透射光的信号，且上述系统不能将频率和入射光频率不一致的噪声剔除，另外需通过透镜06将等双孔光阑04成像于监控片08上，因此对等双孔光阑04、透镜06、监控片08之间的距离有严格的要求，并且要求测量光束通过监控片08，参考光束从监控片08旁边通过，这对等双孔光阑04、监控片08的尺寸要求都很高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控系统，本专利技术光学膜厚监控系统既要适用于垂直透射式光学膜厚监控系统，又要适用作反射式光学膜厚监控系统，而且监控的精度要高。本专利技术的技术解决方案如下 一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控系统，特征在于其结构包括光源发射系统、监控片、信号接收系统和锁相放大器四部分所述的光源发射系统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、光阑、单排孔调制盘和准直镜组成，所述光阑的光阑孔置于聚光镜的焦点处，所述的单排孔调制盘设有光开关，该单排孔调制盘周沿的调制孔贴近所述光阑的光阑孔并位于所述的光源发射系统发出的光束上；所述的信号接收系统由依次设置的折光元件、会聚镜、单色仪和光电倍增管组成一同光轴系统；所述的光电倍增管的信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器的信号输入端相连，光开关的信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器的参考信号输入端相连，光电池的光源强度信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器的辅助输入端相连；所述的监控片置于镀膜机的真空室中并位于所述的光源发射系统的光束上，所述的折光元件既与所述的光源发射系统的光束成45°，又与所述的信号接收系统的光轴成45°。所述的光源发射系统设置于所述的镀膜机的真空室之顶垂直向下，所述的折光元件为半透半反镜，所述的信号接收系统的半透半反镜位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的光束成45°。所述的光源发射系统设置于所述的镀膜机的真空室之底并垂直向上，所述的信号接收系统的折光元件为反射镜，位于真空室之底盘下并位于所述的光源发射系统和监控片之间，与所述的光源发射系统发出的光束成45°。所述的光开关由发光二极管LED和光电三极管G组成，所述的发光二极管LED串连一个1K的电阻与+5V电源相连，所述的光电三极管G的低电平小于0.5V，高电平大于3.5V且小于5V。所述的锁相放大器对来自光电池的光源强度的变化信号从光电倍增管获得的膜厚的信号进行除法处理。所述的锁相放大器的输入端内置有50/60Hz和100/120Hz的陷波器和抗混叠滤波器。所述的锁相放大器(12)具有标准的RS232、IEEE-488接口。本专利技术的技术效果1、由于本专利技术光学膜厚监控系统具有模块化结构，因此本专利技术光学膜厚监控系统，根据镀膜机的具体情况既可安装成垂直透射式光学膜厚监控系统，又可安装成反射式光学膜厚监控系统，使用非常灵活方便；2、本专利技术使用简单且稳定的光开关电路获得参考信号，使用该参考信号可以消除漂移、偏置、非线性和模拟部分器件的老化，保证了数据的高可靠性和准确性；3、所述的锁相放大器的信号输入端接50/60Hz和100/120Hz的陷波器可抑制电源引入的干扰信号，锁相放大器的抗混叠滤波器可保证输入信号的失真非常小，从而使得利用该垂直透射式或反射式光学系统监控薄膜厚度的精度很高。4、所述的光电池获得的光源强度的变化信号输入锁相放大器，锁相放大器将从光电倍增管输入的信号和光电池输入的信号相除，由于这两个信号中由于光源变化带来的影响是相同的，故这样可以消除光源变化对监控带来的影响，降低了对光源的要求。5、所述的锁相放大器可用来测量直至数个nV的微弱信号，甚至当信号被比它大数千倍的杂散信号掩盖时，也可做出正确的测量，并且精度很高。参考信号为测量信号的同步信号，锁相放大器将测量信号与参考信号进行数字化处理后，消除了漂移、偏置、非线性和模拟部分器件的老化，保证了数据的高可靠性和准确性，并且锁相放大器输入端内置50/60Hz和100/120Hz的陷波器，可抑制电源引入的干扰信号，以及其内部的抗混叠滤波器可保证输入信号的失真非常小。另外，锁相放大器提供标准的RS232、IEEE-488接口，易于进行自动化控制。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为本专利技术实施例1透射式光学膜厚监控系统的结构示意3为本专利技术光开关(6)的电路4为本专利技术单排孔调制盘(5)的示意5为本专利技术实施例2反射式光学膜厚监控系统的结构示意图具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。先请参阅图2，图2为本专利技术实施例1透射式光学膜厚监控系统的结构示意图，由图可见，本专利技术光学膜厚监控系统的结构包括光源发射系统18、监控片14、信号接收系统19和锁相放大器12四部分所述的光源发射系统18由带光电池17的光源1和沿该光源1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组装成一体，所述光阑4的光阑孔置于聚光镜15的焦点处，所述的单排孔调制盘5设有光开关6，该单排孔调制盘5周沿的调制孔51贴近所述光阑4的光阑孔并位于所述的光源发射系统18发出的光束上；所述的信号接收系统19由依次设置的折光元件9、会聚镜8、单色仪7和光电倍增管10组装成一同光轴系统；所述的光电倍增管10的信号输出端通过屏蔽线与锁相放大器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； 所述的监控片14置于镀膜机的真空室13中并位于所述的光源发射系统18的光束上，所述的折光元件9既与所述的光源发射系统18的光束成45°又与所述的信号接收系统19的光轴成45°。所述的光开关6如图3所示，由发光二极管LED和光电三极管G组成，所述的发光二极管LED串连一个1K的电阻与+5V电源相连，所述的光电三极管G的低电平小于0.5V，高电平大于3.5V且小于5V。本专利技术光学膜厚监控系统作透射式光学膜厚监控系统，如图2所示，其安装情况是所述的光源发射系统18设置于所述的镀膜机的真空室13之顶垂直向下，而所述的信号接收系统19的折光元件9为反射镜，位于真空室13之底盘下并与所述的光源发射系统18发出的经监控片(14)的光束成45°。其工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控系统，特征在于其结构包括光源发射系统（１８）、监控片（１４）、信号接收系统（１９）和锁相放大器（１２）四部分：所述的光源发射系统（１８）由带光电池（１７）的光源（１）和沿该光源（１）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）组装成一体，所述光阑（４）的光阑孔置于聚光镜（１５）的焦点处，所述的单排孔调制盘（５）设有光开关（６），该单排孔调制盘（５）周沿的调制孔（５１）贴近所述光阑（４）的光阑孔并位于所述的光源发射系统（１８）发出的光束上；所述的信号接收系统（１９）由依次设置的折光元件（９）、会聚镜（８）、单色仪（７）和光电倍增管（１０）组装成一同光轴系统；所述的光电倍增管（１０）的信号输出端通过屏蔽线与锁 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；所述的监控片（１４）置于镀膜机的真空室（ １３）中并位于所述的光源发射系统（１８）的光束上，所述的折光元件（９）既与所述的光源发射系统（１８）的光束成４５°，又与所述的信号接收系统（１９）的光轴成４５°。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美萍，易葵，郭世海，邵建达，王丹，申雁鸣，傅小勇，毕军，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]