用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法


[0001]本专利技术属于光谱椭偏仪，具体涉及一种用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法
。

技术介绍

[0002]光谱型椭偏仪是一种用于探测薄膜厚度
、
光学常数以及材料微结构特性的光学测量设备
。
可测的样品包括大块材料
、
薄膜以及在平面基底上生长或沉积的多层结构
。
多层固体
、
液体
、
与固体相邻的液体以及与固体接触的气相等离子体的特性等都可以用这一技术来探测
。
由于与样品非接触，对样品没有破坏并且不需要真空，使得椭偏仪成为一种极具吸引力的探测设备
。
[0003]光谱型椭偏仪一般有一个宽波段的光源作为出射光，经过起偏器
、
波片
、
各种镜头后照射至待测面上，再经过镜头
、
检偏器
、
滤波器，最后通过一个宽波段的光谱仪接收光信号
。
光路中间存在较多的旋转机构，用步进电机带动旋转，形成所需的对光信号进行精密调整的功能
。
由于光谱仪的测试精度高，测试膜厚时可达
0.1nm
，测试折射率时可达
0.01
，其对步进电机运动定位
、
信号接收的同步性要求极高，需要有一套完善的运动跟踪算法，来保证步进电机运动与检测信号的同步性
。
因光谱椭偏仪光路以及镜片安装空间的限制，不适用伺服电机作为运动电机，因此一般采用步进电机作为运动部件
。
[0004]现有的光谱椭偏仪，有的没有考虑同步性的问题，驱动步进电机转动与信号的接收完全独立，导致测量误差较大；有的只是采用增加固定延迟时间的方式，即驱动步进电机信号发出后，延迟一定时间，再进行信号采集，此种方式也存在误差，且数据不稳定，会随着运动参数
、
测试膜层种类的变化而变化
。

技术实现思路

[0005]鉴于以上存在的问题，本专利技术提供一种用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，包括以下步骤：
[0008]S10
，搭建光谱椭偏仪电机测试工装；
[0009]S20
，进行电机筛选及特征数据记录，记录时间差与电机速度的对应关系，建立电机数据库；
[0010]S30
，完成一台光谱椭偏仪的所需的电机的测试与数据记录，并将电机安装至光谱椭偏仪上，电机数据拷贝至软件指定位置，待调用；
[0011]S40
，将测试应用算法集成至安装的光谱椭偏仪的应用程序中，完成测试与应用
。
[0012]一种可能的实施方式中，所述
S20
具体包括：
[0013]开始测试；
[0014]测试工装上安装电机
n
，电机
n
转轴上安装测试波片，保持光源稳定，驱动电机
n
转动1圈，记录时间
Td
；
[0015]读取光谱仪某一波长的光强曲线；获取光强变化起始点及结束点时刻，计算两者
时间差
Tq
；
[0016]计算
Tq
与
Td
差值绝对值，判断是否小于
5ms
，如果没有小于
5ms
，判断当前电机不合格，更换电机；如果
<5ms
，则判断当前电机合格，进行电机加减速曲线归一化，光谱强度曲线归一化；
[0017]利用电机加减速曲线推算理论光谱强度曲线，对比理论强度曲线与实际光谱强度曲线，计算相同幅值处的各时间差；
[0018]记录电机加减速位置与时间差的对应关系，存入数据库；
[0019]测试结束
。
[0020]一种可能的实施方式中，驱动电机
n
转动时以梯型的加减速曲线驱动电机转动
。
[0021]一种可能的实施方式中，其中梯型的加减速曲线为加速阶段为匀加速过程，起始速度
V0＝
0r/m
，加速度为
a
，加速过程用时
t0，最快速度
Vm
＝
a*t0
，匀速过程用时
t1，减速过程加速度
‑
a
，减速过程用时
t2＝
t0，则电机运动曲线为：
[0022][0023]其中
t
为具体时间
。
[0024]一种可能的实施方式中，光强变化起始点时刻的判断标准为后一时刻的光强值减前一时刻，连续5个差值为正
(
或为负
)
，确定第一点为起始点
。
[0025]一种可能的实施方式中，结束点时刻的判断标准为后一时刻的光强值减前一时刻，连续5个差值出现正负变化或为0，且差值的绝对值小于4，光强最强为
65535
，确定第一点为结束点
。
[0026]一种可能的实施方式中，光谱强度曲线为：
[0027]y
＝
f(t
‑
b)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0028]其中
t
为具体时间；
b
为相位延迟参数；
y
为光强实际值
。
[0029]一种可能的实施方式中，光谱强度曲线归一化为：
[0030][0031]其中
y1为归一化后的光强值，最大为1；
t
为具体时间；
c
为归一化后相位延迟参数；
[0032]进而得到标准正弦曲线为：
[0033]y
＝
sin(t
‑
c)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0034]相位延迟
c
取与归一化处理后光谱强度曲线一样的相位延迟
。
[0035]一种可能的实施方式中，将公式
(1)
与公式
(4)
相乘，计算出理论的光强
‑
时间曲线，对比实际的归一化的光谱强度曲线公式
(3)
，针对每个相同幅值，计算时间差；记录时间差与电机速度的对应关系，建立该电机数据库
。
[0036]一种可能的实施方式中，所述
S40
具体包括：
[0037]测试开始；
[0038]辅助电机转动就位；
[0039]从数据库中查找对应电机的延迟时间；
[0040]等待最大延迟时间；
[0041]驱动核心电机转动，开始测量同步采集光谱数据；
[0042]核心电机转动完成后，光谱数据延迟核心最大延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10
，搭建光谱椭偏仪电机测试工装；
S20
，进行电机筛选及特征数据记录，记录时间差与电机速度的对应关系，建立电机数据库；
S30
，完成一台光谱椭偏仪的所需的电机的测试与数据记录，并将电机安装至光谱椭偏仪上，电机数据拷贝至软件指定位置，待调用；
S40
，将测试应用算法集成至安装的光谱椭偏仪的应用程序中，完成测试与应用
。2.
如权利要求1所述的用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，其特征在于，所述
S20
具体包括：开始测试；测试工装上安装电机
n
，电机
n
转轴上安装测试波片，保持光源稳定，驱动电机
n
转动1圈，记录时间
Td
；读取光谱仪某一波长的光强曲线；获取光强变化起始点及结束点时刻，计算两者时间差
Tq
；计算
Tq
与
Td
差值绝对值，判断是否小于
5ms
，如果没有小于
5ms
，判断当前电机不合格，更换电机；如果
<5ms
，则判断当前电机合格，进行电机加减速曲线归一化，光谱强度曲线归一化；利用电机加减速曲线推算理论光谱强度曲线，对比理论强度曲线与实际光谱强度曲线，计算相同幅值处的各时间差；记录电机加减速位置与时间差的对应关系，存入数据库；测试结束
。3.
如权利要求2所述的用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，其特征在于，驱动电机
n
转动时以梯型的加减速曲线驱动电机转动
。4.
如权利要求2所述的用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，其特征在于，其中梯型的加减速曲线为加速阶段为匀加速过程，起始速度
V0＝
0r/m
，加速度为
a
，加速过程用时
t0，最快速度
Vm
＝
a*t0
，匀速过程用时
t1，减速过程加速度
‑
a
，减速过程用时
t2＝
t0，则电机运动曲线为：其中
t
为具体时间
。5.
如权利要求2所述的用于光谱椭偏仪的运动跟踪测量方法，其特征在于，光强变化起始点时...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚凌飞，刘蕾，何丽，田晶晶，
申请(专利权)人：系科仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：