專利名稱：一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，特別是指一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置。
背景技術(shù)：
機械測厚儀一般有點接觸式和面接觸式兩類，采用最傳統(tǒng)的測厚方法，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，對試樣沒有選擇性，但由于該測厚儀在進行厚度測量時會在樣品表面施加一定的壓力，對樣品造成一定的損傷。機械測厚儀的核心元件，即測量頭及測量面對于微小的振動都十分敏感，所以必須在實驗室環(huán)境內(nèi)使用。為了避免自身的振動，并盡可能地減少外界振動的影響，設(shè)備底座都采用重而寬的金屬制成，這在一定程度上保證了測厚精度，卻也給機械測厚儀的小型化和輕便化帶來了很大的困難。市場上的機械測厚儀的測試精度參差不齊，一般可達到10 μ m左右。渦流測厚儀和磁性測厚儀一般都是小型便攜式設(shè)備，分別利用了電渦流原理和電磁感應(yīng)原理。專用于各種特定涂層厚度的測量，但用于測量薄膜、紙張的厚度時誤差較大。超聲波測厚儀也多是小型便攜式設(shè)備，利用超聲波反射原理，可測金屬、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超聲波良導(dǎo)體的厚度?？稍诟邷叵鹿ぷ?，這是很多其他類型的測厚儀所不具備的，但對檢測試樣的種類具有選擇性。

實用新型內(nèi)容本實用新型提出一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中測試精度不均勻、測量誤差大和檢測試樣的種類少的問題，利用光學(xué)原理進行測厚，從測試原理上來說可達到極高的測試精度，具有測試精度均勻、測量準確、快速、無損傷和測量范圍大等優(yōu)點。本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的—種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，包括邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜干涉儀用于產(chǎn)生干涉條紋，且所述邁克爾遜干涉儀上設(shè)有產(chǎn)生光強的點光源；圖像傳感器(XD，所述C⑶用于記錄邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋，且所述CXD與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接；數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)有計數(shù)器，所述計數(shù)器用于對所述干涉條紋進行計數(shù)，且所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)果輸送至所述硬件；硬件，所述硬件與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接，且所述硬件內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理及輸出模塊，且所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊將所述硬件內(nèi)的信息進行處理并輸出；驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路與所述CXD電性連接。進一步，所述硬件為計算機。進一步，所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊即為LabView處理程序模塊。進一步，所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)構(gòu)輸送至所述LabView處理程序模塊。[0016]進一步，所述點光源為激光器所發(fā)出。進一步，所述點光源設(shè)于所述邁克爾遜干涉儀的光源入射處。進一步，所述邁克爾遜干涉儀上設(shè)有分光板、反射鏡和補償板。進一步，所述反射鏡包括第一反射鏡和第二反射鏡，且所述第一反射鏡和所述第
二反射鏡相互垂直。進一步，所述實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置進一步設(shè)有電機。本實用新型利用光學(xué)原理進行測厚，從測試原理上來說可達到極高的測試精度，本實用新型具有快速、準確、無損傷和測量范圍大等優(yōu)點。本實用新型可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的在線檢測，同時在納米技術(shù)的基礎(chǔ)性研究中也有一定的應(yīng)用價值。

·為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本實用新型實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型邁克爾遜干涉儀測量厚度的光路圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。參照圖I、圖2及圖3，一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置1，包括邁克爾遜干涉儀
2、圖像傳感器CCD (未圖示)、數(shù)據(jù)采集模塊(未圖示)、硬件3和驅(qū)動電路(未圖示)；所述邁克爾遜干涉儀2用于產(chǎn)生干涉條紋(未圖示)，且所述邁克爾遜干涉儀2上設(shè)有產(chǎn)生光強的點光源21 ;所述CCD用于記錄邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋，且所述CCD與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)有計數(shù)器(未圖示)，所述計數(shù)器用于對所述干涉條紋進行計數(shù)，且所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)果輸送至所述硬件3 ;所述硬件與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接，且所述硬件內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理及輸出模塊(未圖示)，且所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊將所述硬件內(nèi)的信息進行處理并輸出；所述驅(qū)動電路與所述CCD電性連接。本實用新型計數(shù)器是利用NI數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件平臺開發(fā)而出，所述CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將采集的圖像傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊。所述驅(qū)動電路用于驅(qū)動CCD對數(shù)據(jù)圖像信息進行感應(yīng)，且?guī)訑?shù)據(jù)采集模塊進行數(shù)據(jù)圖像采集。進一步，所述硬件3為計算機。所述C⑶用于記錄邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋，且輸送至計算機內(nèi)并在計算機上顯示出來，且因計算機與數(shù)據(jù)處理及輸出模塊電性連接，故通過計算機便可對CXD上采集到的圖像、數(shù)據(jù)進行處理，將各參數(shù)進行調(diào)整。[0030]進一步，所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊即為LabView處理程序模塊。LabVIEW，英文全稱為 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，其能精確讀出O. 5個干涉條紋的變化。進一步，所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)構(gòu)輸送至所述LabView處理程序模塊。所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)果輸送至計算機中相應(yīng)的LabView處理程序模塊，經(jīng)處理后得到待測樣品的厚度值。進一步，所述點光源21為激光器所發(fā)出。進一步，所述點光源21設(shè)于所述邁克爾遜干涉儀2的光源入射處(未圖示)。進一步，所述邁克爾遜干涉儀2上設(shè)有分光板22、反射鏡(未圖示)和補償板24。進一步，所述反射鏡包括第一反射鏡231和第二反射鏡232，且所述第一反射鏡231和所述第二反射鏡232相互垂直。進一步，所述實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置進一步設(shè)有電機(未圖示)。所述電機的設(shè)置，方便將待測樣品的中線與電機電性連接，通過電機的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)待測樣品的轉(zhuǎn)動，從而能夠監(jiān)測到干涉條紋的變化。本實用新型實現(xiàn)測量薄膜厚度的光學(xué)測量系統(tǒng)在使用時，首先將邁克爾遜干涉儀、CCD、數(shù)據(jù)采集模塊、硬件和驅(qū)動電路依次電性連接，將點光源打開；然后選取數(shù)據(jù)采集點，工作人員在第一反射鏡與第二反射鏡設(shè)置成相互垂直，且第二反射鏡具有虛像，虛像設(shè)于第一反射鏡下方，將虛像與第一反射鏡調(diào)成嚴格平行，在擴展的點光源的照射下，所有入射角相同的光路，經(jīng)過所述第一反射鏡的反射形成相互平行的光束，再經(jīng)過所述分光板和所述補償板的會聚，將相交于焦平面一點而在此處發(fā)生干涉，通過計算，得出越往外條紋越密，同時越細，反之條紋變疏變粗，所以圓環(huán)干涉條紋不是等間隔的，根據(jù)這種現(xiàn)象，工作人員選取靠近中央圓心的點為參考點進行數(shù)據(jù)采集；將待測樣品A放置在分光板與第一反射鏡之間，待測樣品A中線與第一反射鏡嚴格平行，待測樣品A的中線與電機連接在一起，通過電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)待測樣品A的轉(zhuǎn)動，從而能夠監(jiān)測到干涉條紋的變化，通過這些干涉條紋的變化，經(jīng)硬件內(nèi)LabVIEW處理程序模塊的處理，即可得到待測樣品的厚度。測厚精度的確定，根據(jù)分析及計算，待測樣品轉(zhuǎn)動角度越大，邁克爾遜干涉儀兩端第一光路和第二光路的光程差變化越大，引起的干涉條紋“冒”出或“陷”入數(shù)目越多，因本實用新型計數(shù)器能讀出O. 5個干涉條紋的變化，故根據(jù)待測樣品的折射率、待測樣品轉(zhuǎn)動的角度和計數(shù)器讀出的干涉條紋的變化，即可計算出待測樣品的測厚精度。以測量一透明薄膜為例，使用本實用新型實現(xiàn)測量薄膜厚度的光學(xué)測量系統(tǒng)來進行測量，在第一光路中放置待測的透明薄膜，轉(zhuǎn)動薄膜，改變第一光路和第二光路的光程差，干涉條紋“冒”出或“陷”入，所述圖像采集模塊便將透明薄膜的光信息記錄下來，通過所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊的處理，將透明薄膜的厚度計算出來，且輸出顯示在計算機上。本實用新型利用光學(xué)原理進行測厚，從測試原理上來說可達到極高的測試精度，本實用新型具有快速、準確、無損傷和測量范圍大等優(yōu)點。本實用新型可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的在線檢測，同時在納米技術(shù)的基礎(chǔ)性研究中也有一定的應(yīng)用價值。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，包括 邁克爾遜干涉儀，所述邁克爾遜干涉儀用于產(chǎn)生干涉條紋，且所述邁克爾遜干涉儀上設(shè)有產(chǎn)生光強的點光源； 圖像傳感器(XD，所述CXD用于記錄邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋，且所述CXD與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接； 數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)有計數(shù)器，所述計數(shù)器用于對所述干涉條紋進行計數(shù)，且所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)果輸送至所述硬件； 硬件，所述硬件與所述數(shù)據(jù)采集模塊電性連接，且所述硬件內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理及輸出模塊，且所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊將所述硬件內(nèi)的信息進行處理并輸出； 驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路與所述CCD電性連接。
2.如權(quán)利要求I所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述硬件為計算機。
3.如權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理及輸出模塊即為LabView處理程序模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述計數(shù)器將計數(shù)結(jié)構(gòu)輸送至所述LabView處理程序模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述點光源為激光器所發(fā)出。
6.如權(quán)利要求5所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述點光源設(shè)于所述邁克爾遜干涉儀的光源入射處。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述邁克爾遜干涉儀上設(shè)有分光板、反射鏡和補償板。
8.如權(quán)利要求7所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述反射鏡包括第一反射鏡和第二反射鏡，且所述第一反射鏡和所述第二反射鏡相互垂直。
9.如權(quán)利要求8所述的實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，其特征在于，所述實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置進一步設(shè)有電機。
專利摘要本實用新型提出了一種實現(xiàn)薄膜厚度精確測量的裝置，包括邁克爾遜干涉儀、圖像傳感器CCD、數(shù)據(jù)采集模塊、硬件和驅(qū)動電路；邁克爾遜干涉儀用于產(chǎn)生干涉條紋，且邁克爾遜干涉儀上設(shè)有點光源；CCD用于記錄邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋，且CCD與數(shù)據(jù)采集模塊電性連接；數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)有計數(shù)器，計數(shù)器用于對干涉條紋進行計數(shù)，且計數(shù)器將計數(shù)結(jié)果輸送至硬件；硬件與數(shù)據(jù)采集模塊電性連接，且硬件內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)處理及輸出模塊，且數(shù)據(jù)處理及輸出模塊將硬件內(nèi)的信息進行處理并輸出；驅(qū)動電路與CCD電性連接。本實用新型具有快速、準確、無損傷和測量范圍大等優(yōu)點，可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的在線檢測，在納米技術(shù)的基礎(chǔ)性研究中也有一定的應(yīng)用價值。
文檔編號G01B11/06GK202709996SQ20122034091
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者熊建文, 彭力, 鄧解關(guān), 李莉莉 申請人:華南師范大學(xué)