[发明专利]一种含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学真空镀膜机的监控系统领域，更具体的说是一种含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统。

背景技术

光学薄膜的光学特性与其每一层的厚度密切相关，为镀制符合要求的光学薄膜必须在制备过程中精确监控膜厚。因此膜厚监控技术作为薄膜技术中的一项关键技术引起了人们越来越多的重视。膜厚监控是一种对膜厚的动态、实时的测量和控制。

在非四分之一波长宽带光学薄膜的镀制中，单波长监控很难精确控制其宽波段特性。因此法国马塞国家表面和光学薄膜实验室的E.Pettetier等提出以评价函数进行宽光谱膜厚监控。

宽光谱扫描方式可分为机械扫描方式、窄带干涉滤光片扫描方式、光导纤维束结合干涉滤光片的检测方法、利用CCD阵列扫描方式等多种方式。但由于光学镀膜宽光谱膜厚监控过程是一实时监控过程，对整个监控光谱范围的信号要求有快速显示，在镀制光通信密集波分复用滤光片中还要求有高分辨率。因此综合对比上述几种宽光谱监控方式，CCD阵列扫描方法具有分辨率高、反应速度快、稳定性好等优势，是最佳方案。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的难题，提供一种监控精度高、操作方便、多功能、且含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统，包括光源、用于光学镀膜的真空室、设于真空室内的监控片、多色仪、电耦合器件、A/D转换电路及计算机，光源发出的光进入真空室照射到监控片上，光透过真空室并入射到多色仪，经多色仪衍射后形成的宽光谱入射到电耦合器件上，电耦合器件采集宽光谱的各谱线对应的光强并经电耦合器件的驱动放大，再通过A/D转换电路后输入计算机，并由计算机的监控软件系统进行处理。

真空室与多色仪之间连接有将光由真空室导入多色仪的导光光纤。除此之外，真空室与多色仪之间也可以设置为将光由真空室反射入多色仪的反射镜。

该多色仪包括入射狭缝，第一、第二平面反射镜，曲面反射镜及光栅，光由入射狭缝入射，经第一平面镜反射至曲面反射镜，再由曲面反射镜反射至光栅，并由光栅反射，再经曲面反射镜及第二平面反射镜射出多色仪。

该光源采用150W的卤钨灯，并由稳压电源驱动。

另外，该计算机的监控软件系统包括用于设置镀膜及电耦合器件参数的初始化模块、用于控制电耦合器件接收光谱信息及将接收到的模拟信号转换为数字信号的数据采集模块、对光谱数据进行处理并将处理结果与理论曲线通过评价函数作蒸镀判停的数据处理模块、及用于负责实测数据和理论数据在监控程序界面的输出和曲线描绘的数据管理模块。数据处理模块还对采集到的光谱数据进行取样平均和平滑处理。

本发明集合了监控硬件系统及监控软件系统，具有多功能、反应灵敏的特点，操作者在镀膜过程中，可对光学镀膜进行宽光谱监控与色度监控。而在监控过程中，操作者可直观地看到镀制过程中实际光谱曲线变化、理论设计光谱曲线以及它们的接近过程，降低了对操作者熟练度的要求，而且对规整膜系和非规整膜系都能控制。色度监控功能可以让操作者在镀制对颜色有严格要求的光学薄膜时，方便对薄膜的色度学参数进行监控。

另外，本发明的监控精度高，且膜层监控可重复性好，对非规整膜系的监控具有优越性，并且在蒸镀过程中测量和记录了整个波段内的透射率变化情况。所得信息丰富，这还有利于我们实时地测量薄膜的光学常数、折射率色散和非均匀性等一系列性质。

附图说明

图1为本发明含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统的结构原理图；

图2为多色仪内部光路结构图；

图3为本发明监控软件程序的总体结构框图及流程图。

具体实施方式

下面简单说明含色度监控功能的宽光谱光学镀膜在线监控系统的基本原理。

宽光谱扫描法是利用实测的宽光谱扫描曲线与理论计算的目标光谱曲线进行比较，并以评价函数反馈比较结果给控制系统的一种膜厚监控方法。假设没有监控片时系统接收光能量为并设：T_r、R_r分别为监控片后表面的透射率和反射率；T₀、R₀和T_i、R_i分别是监控片前表面镀膜前和镀膜过程中的透射率和反射率。那么，在蒸镀开始前透过的光能量为：

其中在蒸镀前以定标存入计算机。在蒸镀过程中的光能量为：

(2)、(1)式相除则被消去，得：