曲率半径测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种曲率半径测量装置及其测量方法，所述曲率半径测量装置包括样品台、衍射光阵列产生模块和探测分析模块，通过衍射光阵列产生模块产生并向样品发射衍射光阵列，到达样品表面后，经过样品表面反射发出反射光阵列，探测分析模块接收所述反射光阵列，并根据接收到的反射光阵列的尺寸，获取样品的曲率半径。本发明专利技术利用衍射光阵列与光源距离不同则阵列大小不同的特性，设计了使用衍射光阵列测量曲率半径的数学模型，并基于该数学模型实现了一种结构简单、测量速度快，而且对激光器、传感器等硬件要求较低的曲率半径测量装置。

Curvature radius measuring device and its measuring method

【技术实现步骤摘要】
曲率半径测量装置及其测量方法
本专利技术涉及薄膜测量
，特别是涉及一种曲率半径测量装置及其测量方法。
技术介绍
薄膜技术被广泛应用于光学、电学、材料等
，但是在薄膜的制造过程中，物理气相沉积等制备工艺都会使形成的薄膜内部存在较大的残余应力，而残余应力会导致薄膜弯曲甚至器件失效，薄膜的曲率半径是评价残余应力最直接的方式，因此在形成薄膜后，测量其曲率半径是一个关键的薄膜测量步骤。单光点线扫描法是一种比较成熟的薄膜曲率半径测量方法，测量光束经过形变的样品表面反射，再经过光程放大后，采集偏移的位置从而计算样品的等效曲率半径，但是单光点线扫描法需要测量多组(通常大于10组)数据后才可以计算一次曲率半径值，单次测量用时大于20秒，而且多组测量数据容易受到如环境振动等干扰，从而影响测量结果。为了解决单光点线扫描法的测量时间和准确度问题，研究人员提出了平行光阵列法，通过将测量光束改变为平行光阵列，可以通过一次数据采集计算出样品的曲率半径，而且避免了环境干扰对测量准确度的影响。但是平行光阵列法需要高质量的平行光斑点阵，对光学器件的设计要求较高，其中最常用于生成平行光阵列的光学器件Etalon的制造成本很高，而且生成的光束末端亮度较低，因此对激光器强度、传感器敏感度以及样品表面的反射率都有较高的要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有曲率半径测量方法对激光器强度、传感器敏感度以及样品表面的反射率都要求较高的问题，提供一种曲率半径测量装置及其测量方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种曲率半径测量装置，包括：样品台，用于承载待测量的样品；衍射光阵列产生模块，用于产生并向样品发射衍射光阵列；探测分析模块，用于接收所述样品发出的反射光阵列，并根据接收到的反射光阵列的尺寸，获取样品的曲率半径。在其中一个实施例中，所述探测分析模块包括：传感器成像屏，用于接收所述样品发出的反射光阵列，并将所述反射光阵列的光信号转化为电信号；分析单元，与所述传感器成像屏电连接，用于根据所述电信号获取样品的曲率半径。在其中一个实施例中，所述衍射光阵列的发射方向垂直于所述样品台，根据以下公式计算样品的曲率半径：其中，R为样品的曲率半径；S为衍射光阵列从所述衍射光阵列产生模块到样品表面的第一路径的长度；H为反射光阵列从所述样品表面到传感器成像屏的第二路径的长度；β为所述衍射光阵列的发散角；D为所述反射光阵列在探测器上的实际落点与设定落点之间的距离。在其中一个实施例中，所述曲率半径测量装置还包括半反半透镜片，所述半反半透镜片设于所述衍射光阵列产生模块与样品台之间，所述半反半透镜片与样品台之间的夹角为45°；衍射光阵列穿过所述半反半透镜片到达样品表面，再经过所述样品表面和半反半透镜片的反射，投射在与所述样品台垂直设置的传感器成像屏上。在其中一个实施例中，所述样品台包括：台面，用于承载待测量的样品；二维运动机构，用于带动所述台面水平运动。在其中一个实施例中，所述衍射光阵列产生模块包括：激光器，用于发射初始探测光束；衍射光学镜片，用于将所述初始探测光束转化为衍射光阵列。本专利技术的技术方案还提供了一种曲率半径测量方法，包括：放置样品于样品台上；发射衍射光阵列至所述样品的表面；接收样品发出的反射光阵列；根据所述反射光阵列，获取样品的单点曲率半径。在其中一个实施例中，所述放置样品于样品台上的步骤前，还包括：校正曲率半径测量装置的机械参数。在其中一个实施例中，所述校正曲率半径测量装置的机械参数的步骤，包括：放置第一校正片于样品台上；发射衍射光阵列至所述第一校正片的表面；接收第一校正片发出的第一反射光阵列；更换第一校正片为第二校正片，并重复以上发射衍射光阵列和接收反射光阵列步骤，获取第二反射光阵列；根据所述第一反射光阵列、第二反射光阵列以及第一校正片和第二校正片的曲率半径，获取曲率半径测量装置的机械参数校正数据；导入所述校正数据至分析单元。在其中一个实施例中，所述获取单点曲率半径的步骤后，还包括：按照设定的方向和步长移动样品台；发射衍射光阵列至所述样品的表面；接收样品发出的反射光阵列；根据所述反射光阵列，获取样品当前位置的单点曲率半径；判定当前位置是否为最终位置，若是，结束测量并输出所述样品的多点曲率半径；否则重复以上移动样品台、发射衍射光阵列和接收反射光阵列步骤，以获取样品下一位置的曲率半径。在其中一个实施例中，所述获取样品的多点曲率半径的步骤后，还包括：根据所述多点曲率半径，绘制样品的曲率半径分布图。上述曲率半径测量装置，包括样品台、衍射光阵列产生模块和探测分析模块，通过衍射光阵列产生模块产生并向样品发射衍射光阵列，到达样品表面后，经过样品表面反射发出反射光阵列，探测分析模块接收所述反射光阵列，并根据接收到的反射光阵列的尺寸，获取样品的曲率半径。衍射光阵列中的每束激光都与中心光束都存在一定的夹角，因此与光源距离不同，光斑阵列的大小也会不同，本专利技术利用衍射光阵列这一距离不同则阵列大小不同的特性，设计了使用衍射光阵列测量曲率半径的数学模型，并基于该数学模型实现了所述曲率半径测量装置，衍射光学器件客制化程度低、易于加工，而且生成的光斑阵列的每个光束亮度相近，有效避免了现有技术中部分光束亮度过低导致对硬件要求较高的问题，从而实现了一种结构简单、测量速度快，而且对激光器、传感器等硬件要求较低的曲率半径测量装置。附图说明图1为一实施例中的曲率半径测量装置的计算模型示意图；图2为一实施例中的曲率半径测量装置的结构示意图；图3为一实施例中的衍射光阵列示意图；图4为一实施例中的曲率半径测量方法的流程图；图5为一实施例中的曲率半径测量方法的S500步骤的流程图；图6为一实施例中的多点曲率半径测量方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术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专利技术的公开内容更加透彻全面。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专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术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，不是旨在于限制本专利技术。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。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲率半径测量装置，其特征在于，包括：/n样品台，用于承载待测量的样品；/n衍射光阵列产生模块，用于产生并向样品发射衍射光阵列；/n探测分析模块，用于接收所述样品发出的反射光阵列，并根据接收到的反射光阵列的尺寸，获取样品的曲率半径。/n

【技术特征摘要】
1.一种曲率半径测量装置，其特征在于，包括：
样品台，用于承载待测量的样品；
衍射光阵列产生模块，用于产生并向样品发射衍射光阵列；
探测分析模块，用于接收所述样品发出的反射光阵列，并根据接收到的反射光阵列的尺寸，获取样品的曲率半径。


2.根据权利要求1所述的曲率半径测量装置，其特征在于，所述探测分析模块包括：
传感器成像屏，用于接收所述样品发出的反射光阵列，并将所述反射光阵列的光信号转化为电信号；
分析单元，与所述传感器成像屏电连接，用于根据所述电信号获取样品的曲率半径。


3.根据权利要求2所述的曲率半径测量装置，其特征在于，所述衍射光阵列的发射方向垂直于所述样品台，根据以下公式计算样品的曲率半径：



其中，
R为样品的曲率半径；
S为衍射光阵列从所述衍射光阵列产生模块到样品表面的第一路径的长度；
H为反射光阵列从所述样品表面到传感器成像屏的第二路径的长度；
β为所述衍射光阵列的发散角；
D为所述反射光阵列在探测器上的实际落点与设定落点之间的距离。


4.根据权利要求2所述的曲率半径测量装置，其特征在于，所述曲率半径测量装置还包括半反半透镜片，所述半反半透镜片设于所述衍射光阵列产生模块与样品台之间，所述半反半透镜片与样品台之间的夹角为45°；
衍射光阵列穿过所述半反半透镜片到达样品表面，再经过所述样品表面和半反半透镜片的反射，投射在与所述样品台垂直设置的传感器成像屏上。


5.根据权利要求1所述的曲率半径测量装置，其特征在于，所述样品台包括：
台面，用于承载待测量的样品；
二维运动机构，用于带动所述台面水平运动。


6.根据权利要求1所述的曲率半径测量装置，其特征在于，所述衍射光阵列产...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁凯，张小波，常正凯，
申请(专利权)人：深圳市速普仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44