專利名稱：一種復合光路寬光譜膜厚監控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空鍍膜光學膜厚監控技術領域，特別是一種復合光 路寬光譜膜厚監控系統，屬真空鍍膜技術領域。
技術背景'
在真空鍍膜過程中，需要準確監控鍍制薄膜的膜層厚度，光學膜 厚監控方法是一種重要的技術手段，尤其是對于光學鍍膜。光學膜厚 監控方法主要有極值法和寬光譜掃描法。其中極值法是利用薄膜在膜
厚達l/4中心波長時，中心波長點的透射率(反射率)達到極值的性 質來監控膜厚，簡單易行，但依賴鍍膜經驗，并只能監控單波長的透 射光(反射光)強度，難以進行非規整膜系的膜厚監控。寬光譜掃描 法是在鍍膜過程中實時掃描鍍制薄膜的光譜特性，利用不同的膜層厚 度對應著不同的光譜特性，以評價函數來比較實測光譜曲線與理論光 譜曲線進行膜厚監控和鍍膜過程分析，可在光學鍍膜過程中得到豐富 的鍍制薄膜的寬光譜信息，精確監控各種膜系光學薄膜的膜厚。
兩種方法各有利弊，各有所長。目前傳統的光學鍍膜設備大都配 置基于極值法的光學膜厚控制儀，采用垂直光路或傾斜光路，選擇進 行透射式或反射式光學膜厚監控。為了滿足非規整膜系光學鍍膜制備 要求，提高膜厚監控同一性和自動化，發展了寬光譜膜厚監控技術并 配置在先進的光學鍍膜設備上。現有的寬光譜膜厚監控系統，其光路 系統仍是借鑒極值法光學膜厚監控系統，即采用基本相同的光路系 統，只是在光路出口位置將接收光信號的光學膜厚控制儀，改為光譜儀，由于無需光信號調制濾波， 一般都去除了原光路中的調制器，但 需提高光源的發光強度以降低雜散光的影響。由此產生光路結構上的 區別，使得這兩種光學膜厚監控方法無法被同時采用，也難以對鍍膜 設備的膜厚監控系統進行更換或升級改造。

發明內容
本發明提出一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，實現基于寬光譜 掃描法的寬光譜膜厚監控系統和基于極值法的光學膜厚監控系統的 兼容并用。
本發明的技術解決方案如下
一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，其結構包括光發射裝置、 光路、光接收裝置、控制電路、計算機和監控軟件。其中光發射裝置 包括光源、調制器及驅動電路，光接收裝置包括光譜儀和光學膜厚控 制儀。
一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征在于在光路系統中設 置復合光路，利用復合光路的兼容性，使基于寬光譜掃描法的寬光譜 膜厚監控和基于極值法的光學膜厚監控實現兼容并用。
所述的復合光路，包括發射光路和接收光路，并在發射光路和接 收光路之間設置監控比較片、分光鏡、光源修正濾光片和連接件，其 中分光鏡和濾光片固定在連接件上。復合光路置于發射裝置和接收裝 置之間，并通過光纖與接收裝置相連接。
復合光路包括采用垂直光路或傾斜光路，可選擇進行透射式或反 射式光學膜厚監控，并在由發射光路和接收光路組成的光學膜厚監控 光路中，通過增加中間通光孔式的分光鏡，將監測光信號一分為二，其中一路監測光信號經過反射后，耦合到光纖中，再會聚進入光學膜 厚控制儀中，另一路監測光信號透射中間的通光孔，經過光源修正濾 光片后，耦合到光纖中，再會聚進入光譜儀中，由系統監控軟件進行 信號采集和處理，進行寬光譜膜厚監控。
所述的分光鏡，是中間開一通光孔的反射鏡，使反射的監測光信 號滿足光學膜厚監控要求，同時使透射的監測光信號滿足寬光譜膜厚 監控要求。由于通光孔的孔徑較小， 一方面不會降低進入光學膜厚控 制儀的監測光信號強度，另一方面通光孔位于復合光路光軸上，起到 光闌的作用，使得光纖接收光錐角變的很小，只有接近垂直入射的光 才能耦合進光纖中，基本消除鍍膜過程中雜散光對寬光譜膜厚監控的 影響。
所述的光譜儀，為采用線性硅CCD陣列類探測器的光譜儀，通 過USB接口或RS232接口與計算機相連，選擇采用積分方式采集光 譜，則無需去除、停止或改變光學膜厚監控光路中進行光信號調制的 調制器，只是使入射光譜儀的監測光信號產生一定的強度衰減，因此 復合光路兼容了完整的光學膜厚監控光路，從而同時適用于光學膜厚 監控和寬光譜膜厚監控。
所述的監控軟件安裝在計算機中，主要用于寬光譜膜厚監控，實 時的對監測光譜信號進行采集、處理和計算分析，直觀的顯示鍍膜過 程中實測光譜曲線和理論光譜曲線的吻合逼近程度，準確地顯示制備 過程中光學特性的變化，包括某一特定波長透射率/發射率的絕對值 和變化趨勢，準確的反映膜厚的真實變化，以評價函數來進行光學鍍 膜過程中的膜厚監控和過程判斷。所述的控制電路，通過信號線和電纜線，分別與計算機和鍍膜設 備相連。根據計算機和監控軟件輸出信號分別控制鍍膜設備上的不同 電源、控制開關和裝置等，實現鍍膜過程的自動控制和膜厚的高精度 控制。
本發明所提出的復合光路寬光譜膜厚監控系統，利用復合光路的 兼容性，實現了基于寬光譜掃描法的寬光譜膜厚監控和基于極值法的 光學膜厚監控的兼容并用。大大提高了鍍膜設備光學膜厚控制系統的 可選擇配置的靈活性，既有助于對傳統光學鍍膜設備膜厚監控系統的 改造升級，也有助于滿足先進光學鍍膜設備的配套需要，提高鍍膜設 備的性價比和先進性。通過這兩種不同膜厚監控技術的相互結合和對 比分析，豐富了鍍膜過程中的膜厚監控技術手段和鍍制薄膜光學特性 信息，將鍍膜經驗與薄膜特性實時監控有機結合起來，有助于鍍膜人 員更好地學習和掌握兩種不同光學膜厚監控技術，并根據鍍膜工藝要 求選擇最佳的膜厚監控方法，提高對鍍膜過程的精確控制，從而提高 鍍膜產品的質量。


圖1為本發明的系統結構圖2為本發明的系統復合光路圖3為本發明的分光鏡示意圖4為本發明的分光鏡的反射光譜。
具體實施例方式
下面結合附圖具體說明，
如圖1所示，本發明提出一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，其結構包括光
發射裝置l、光路2、光接收裝置3、控制電路4、計算機和監控軟件 5。其中光發射裝置1包括光源11、調制器12及驅動電路13，光路 2包括復合光路21和其他光路附件22，光接收裝置3包括光譜儀31 和光學膜厚控制儀32，分別均通過光纖221和222與光路相連接。 光譜儀31為采用線性硅CCD陣列類探測器的光譜儀，通過USB接 口或RS232接口與計算機和監控軟件5相連。控制電路4也分別與 計算機和監控軟件5和鍍膜設備6相連，通過計算機控制鍍膜設備的 不同功能運行。
如P 2所示，在光路系統中設置復合光路21，復合光路置于發 射裝置和接收裝置之間，并通過光纖與接收裝置相連接。復合光路包 括發射光路211、監控比較片212、分光鏡213、光源修正濾光片214、 連接件215和接收光路216。
本例中，復合光路2采用的是在由發射光路、監控比較片和接收 光路組成的垂直透射式光學膜厚監控光路中，增加中間通光孔式的分 光鏡、濾光片，分光鏡和濾光片都固定在連接件上。該連接件還與兩 路光纖相連接，通過光纖221連接光譜儀31，通過光纖222連接光 學膜厚控制儀32。
需要說明的是復合光路可以選擇采用垂直光路或傾斜光路，也可 選擇進行透射式或反射式光路，均屬于本專利保護范圍。
如圖3所示，分光鏡213為中間開一通光孔的反射鏡。本例中采 用的是50mn^50mii^2mm的鍍鋁鏡片，反射率曲線如圖4所示。在 反射鏡中心點的通光孔，位于復合光路的光軸上。分光鏡45。傾斜放置，將監測光信號分為反射和透射兩路信號， 一路經過反射，滿足光 學膜厚監控要求， 一路經過通光孔透射，同時進行寬光譜膜厚監控。
光源修正濾光片214是特定膜系的鍍膜鏡片，針對不同的光源發 光特性，滿足特定光譜透過率要求，使光譜儀在光譜范圍內的光譜相 應趨向平坦。
本例中，復合光路保留了完整的光學膜厚監控光路，光源仍采用 6V30W溴鎢燈，在實際操作過程中，光發射裝置中溴鎢燈光源發出 的光，首先經過發射光路211中的聚光鏡組進行光束聚集，然后經調 制器后成為調制光，再經過發射光路211中的分光鏡將小部分光反射 和準直鏡后成為平行光，進入鍍膜機，在監控比較片上透射成為信號 光，并從鍍膜機下方射出，經過45。傾斜放置的通光孔式分光鏡2B， 將監測光信號一分為二，其中一路監測光信號經過反射后，監測光信 號偏轉90°，經過會聚鏡組成的接收光路216，水平會聚耦合到光纖 中，再會聚進入光學膜厚控制儀中，另一路監測光信號透射中間的通 光孔和濾光片214，再耦合到光纖中，會聚進入光譜儀中，同時進行 寬光譜膜厚監控。本發明利用復合光路的兼容性，實現了基于寬光譜 掃描法的寬光譜膜厚監控和基于單波長極值法的光學膜厚監控的兼 容并用，滿足光學鍍膜設備的改造升級和配套需要。
權利要求
1、一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，包括光發射裝置、光路、光接收裝置、控制電路、計算機和監控軟件，其特征是在光路系統中設置復合光路(21)，復合光路置于發射裝置(1)和接收裝置(3)之間，并通過光纖與接收裝置相連接。
2、 如權利要求1所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是 復合光路(21)包括發射光路(211)和接收光路(216)，在發 射光路和接收光路之間設置監控比較片(212)、分光鏡(213)、 光源修正濾光片(214)和連接件(215)，分光鏡和濾光片固定 在連接件上。
3、 如權利要求1所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是 光發射裝置(1)包括光源(11 )、調制器(12)和驅動電路(13)， 調制器置于發射光路中。
4、 如權利要求l所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是 光接收裝置(3)包括光譜儀(31)和光學膜厚控制儀(32)， 光譜儀和光學膜厚控制儀均通過光纖與復合光路(21)相連接。
5、 如權利要求4所述的復光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是所 述的光譜儀(31)，通過USB接口或RS232接口與計算機相連 接。
6、 如權利要求5所述的復光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是所 述的光譜儀(31)為線性硅CCD陣列探測器的光譜儀。
7、 如權利要求1或2所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是所述的復合光路(21)，包括采用垂直光路線或傾斜光路， 在由發射光路(211)和接收光路(216)組成的光學膜厚監控 光路中，通過增加中間通光孔式的分光鏡(213)，將監測光信 號一分為二，其中一路監測光信號經過反射后，耦合到光纖中， 再會聚進入光學膜厚控制儀(32)中，另一路監測光信號透射 中間的通光孔，經過光源修正濾光片后，耦合到光纖中，再會 聚進入光譜儀(31)中，由系統監控軟件進行信號采集和處理， 進行寬光譜膜厚監控。
8、 如權利要求7所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是 所述的分光鏡(213)為中間開丫通光孔的反射鏡，設置在復合 光路光軸上45。傾斜位置，分別反射和透射監測光信號。
9、 如權利要求1所述的復合光路寬光譜膜厚監控系統，其特征是 控制電路(4)通過信號線和電纜線，分別與計算機和鍍膜設備 相連。
全文摘要
本發明提出一種復合光路寬光譜膜厚監控系統，包括光發射裝置、復合光路、光接收裝置、控制電路、計算機和監控軟件。其中光發射裝置包括光源、調制器和驅動電路，光接收裝置包括通過光纖連接的光譜儀和通過光纖連接的光學膜厚控制儀。本發明采用增加中間通光孔式的分光鏡的復合光路，實現基于寬光譜掃描法的寬光譜膜厚監控系統和基于單波長極值法的光學膜厚監控系統的兼容并行使用。
文檔編號C23C14/54GK101586233SQ20081002823
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月23日 優先權日2008年5月23日
發明者豪 任, 王巧彬, 羅宇強 申請人:廣州市光機電技術研究院