[发明专利]一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控装置。

背景技术

镀膜厚度监控装置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，在角可变滤光片或单色仪出射狭缝后置一等双孔光阑，且使其双孔的公共中心线垂直通过角可变滤光片旋转轴线(光轴)。反射聚光镜把光源成像于等双孔光阑上，从双孔出射的分别是测量光束和参考光束，双排孔调制盘分别调制参考光和信号光，透镜将等双孔光阑成像于监控片所在的平面上，并且使测量光束通过监控片，而参考光束从监控片旁边空白处通过，透镜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，另外需通过透镜将等双孔光阑成像于监控片上，因此对等双孔光阑、透镜、监控片之间的距离有严格的要求，并且要求测量光束通过监控片，参考光束从监控片旁边通过，这对等双孔光阑、监控片08的尺寸要求都很高。

发明内容

为解决上述现有的缺点，本发明的主要目的在于提供一种实用的实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控装置，既适用于垂直透射式镀膜厚度监控装置，又适用作反射式镀膜厚度监控装置，而且监控的精度高。

为达成以上所述的目的，本发明的一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控装置采取如下技术方案：

一种实时监控镀膜过程中薄膜厚度的光学膜厚监控装置，包括光源发射系统、监控片、信号接收系统和锁相放大器，其特征在于，所述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装成一体，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，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装成一同光轴系统，信号接收系统的折光元件位于真空室之底盘并与所述光源发射系统发出的经监控片的光束成45°，所述折光元件为反射镜；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，所述信号接收系统的折光元件位于真空室之底盘下并位于所述光源发射系统和监控片之间，与所述光源发射系统发出的光束成45°，所述折光元件为半透半反镜。

所述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的低电平小于化0.5V，高电平大于3.5V且小于5V。

所述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，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，锁相放大器具有标准的RS232、IEEE-488接口。

采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果：

1、由于本发明具有模块化结构，因此本发明光根据镀膜机的具体情况既可安装成垂直透射式镀膜厚度监控装置，又可安装成反射式镀膜厚度监控装置，使用非常灵活方便。

2、本发明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。