[实用新型]直控超宽光谱在线膜厚监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直控超宽光谱在线膜厚监测系统，具体涉及监测膜厚使用的光源结构。

背景技术

光学薄膜现已成为光学制造业中的一个独立分支，在数码产品、光学仪器、生物医药、光通信、航空航天等行业有着广泛的应用和巨大的商业市场。近年来，随着高科技的不断创新与颠覆，对光学元器件的要求包括对光学镀膜的特性和精度的要求越来越高，这样对于镀膜监控的波长范围及准确性也提出了更高要求。

薄膜的制备，除了选择合适的材料和稳定的制备工艺外，还必须精确监控工件片上的光学特性。光学薄膜的理论基础是光的干涉理论，所以特别关注的是光学厚度，目前属于光学厚度监控的方法包括单波长间接监控法和可见宽光谱间接监控法。

间接监控法，即在线监控系统监测的是固定在旋转卡具的中心位置的监控片，通过监测监控片的镀制膜厚来间接得出旋转卡具上所有工件的镀制膜厚。此种方法缺点包括：其一，监控片固定于旋转卡具的中心位置，旋转卡具和膜层厚度调节板对其没有调节作用，使得监控片与工件在镀制膜层厚度上会有比较大的差异，使实际得到的工件镀膜厚度与所需镀膜厚度相差很大，影响镀制膜厚的准确度；其二，间接监控光路由于位于真空室中心位置，容易受到蒸发源等杂散光的干扰，影响信号精度与准确性，也会影响镀制膜厚的准确度。

单波长间接监控法的特点是通过监测监控片的一个波长点，实时获取其透射率，与理论停点比较来控制每一层。优点是光路简单，缺点是由于只监控一个波长点的光度值，数据量小，如果出现不可预知的干扰信号会造成系统停点误判；另外，单波长监控法更适合于使用极值点判停的规整膜系的制备。

目前，宽光谱间接监控法是在400-850nm波长范围内监视监控片的光谱特性，实时测量的是光谱的透射率，得到的是光谱曲线。光谱法监控法获取的信息量远远高于单波长监控方法；在一定光谱范围内可以实现膜层厚度误差补偿；不再依赖于膜系是否规整，而非规整膜系具有光学特性好、膜层数少、蒸镀时间短等显著特点，符合现代工业的发展需要。宽光谱监控一般选用以CCD阵列为主的光谱仪，其具有测量速度快、稳定性好、体积小等优势。

在中国发明专利（公开号：CN102517559A）中公开了一种“基片光学特性的在线膜厚直接监测系统”，该系统采用膜厚直接监控方法，包括光源、光接收器、触发发送装置、触发接收装置和主控系统，光源照射在接近工件盘中心的外侧固定的监测基片上，通过光接收器采集反射或透射的光信号传送至主控系统处理得到镀膜厚度。其中的光源可以设置在镀膜机的真空室内，通过光源固定支架支撑；或者，光源设置在镀膜机的真空室外，并将光源发出的光线由光纤引入至真空室内；或者，在真空室上设置透视窗将光源发出的光线自透视窗引入，但是并没有公开光源的具体构成以及波长范围。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种直控超宽光谱在线膜厚监测系统，采用紫外光源和可见红外光源复合成覆盖紫外、可见和红外的全波段光信号，拓展宽光谱监控系统的波长范围，以增加系统的应用功能，直接监控工件，实现高精度自动镀膜过程。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

直控超宽光谱在线膜厚监测系统，包括光源、光接收单元、光谱仪、触发发送装置、触发接收装置、控制采集单元和主控制器，所述光源照射在接近工件盘中心的外侧固定的监测基片上，通过光接收单元采集反射或透射的光信号传送至所述光谱仪；所述光源采用紫外光源和可见红外光源通过Y型光纤复合，紫外光源和可见红外光源分别连接Y型光纤的两个输入端，所述光谱仪包括若干个响应不同波长范围的CCD阵列光谱仪。

进一步，所述光接收单元通过光纤连接至所述光谱仪，所述光谱仪、触发接收装置分别电连接至所述控制采集单元，所述控制采集单元电连接至所述主控制器。

进一步，所述紫外光源采用氘灯，所述可见红外光源采用卤钨灯。

进一步，所述紫外光源设置有滤光片，过滤掉紫外光源所发出的波长大于400nm以上的光信号。

进一步，复合后的所述光源中光信号波长范围是200-1100nm。（这个技术特征可能会被删除）

进一步，所述Y型光纤的输出端固定在镀膜真空室内的光纤支架上。

进一步，所述光接收单元设置在镀膜真空室的顶部或底部，所述触发发送装置设置在旋转工件盘的侧边上，所述触发接收装置设置在镀膜真空室的侧壁上，并可以与所述触发发送装置产生感应的高度位置。

采用上述结构设置的膜厚监测系统具有以下优点：