專利名稱：用于光譜設(shè)備的光束精確校準(zhǔn)輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種光學(xué)儀器校準(zhǔn)輔助裝置，特別是反射式光譜設(shè)備檢測前的光強(qiáng)校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
目前，各類光譜設(shè)備成為各類光學(xué)性能檢測重要手段之一，這些檢測設(shè)備包含傅里葉變換光譜儀、橢偏儀等。它們都是由光源、分光設(shè)備、探測器等幾個部分構(gòu)成。反射式光譜設(shè)備基本原理如圖1所示，光束經(jīng)過光源和分束器之后，與被檢測樣品作用之后進(jìn)入到探測器中。檢測前后光強(qiáng)變化為數(shù)據(jù)檢測的依據(jù)。圖1中光路2的檢測器響應(yīng)與光束覆蓋圖示由圖2給出。通常情況下，入射光束光斑形狀不可能與探測器光闌完全重合，此外樣品的大小和厚度均會對入射光束光斑與探測器光闌重合度造成影響，因此需要在每次使用前進(jìn)行準(zhǔn)直，盡量保證檢測器響應(yīng)相應(yīng)最大化。各類檢測器響應(yīng)與光束覆蓋探測器探頭面積有關(guān)，光束覆蓋檢測器上面積越大，則檢測器所響應(yīng)的光強(qiáng)越大，測試準(zhǔn)確度越高。而現(xiàn)今某些光譜設(shè)備日益趨向集成化、小型化，導(dǎo)致光源與檢測器之間有效距離(圖1中光路2)過短，人眼和手動校準(zhǔn)操作時產(chǎn)生的準(zhǔn)確度下降。
發(fā)明內(nèi)容本專利為了解決上述技術(shù)上的不足，提供了 一種用于提高光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)準(zhǔn)確度輔助裝置。用于保證各種光路情況下，不改變?nèi)肷涔馐膫鞑シ较?，僅僅改變光束傳播的光程。本專利的技術(shù)解決方案如下:光譜檢測設(shè)備精密校準(zhǔn)輔助裝置，包含第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，一個位于水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上的反射鏡支撐裝置。特點(diǎn)在于其構(gòu)成是:所述的第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)平行放置，作為整個光學(xué)裝置的支撐裝置。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)采用螺母安裝在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)在高度調(diào)整機(jī)構(gòu)上下可調(diào)，用于適應(yīng)不同光路高度位置。在所述第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上平行放置反射鏡支撐裝置，作為整個反射鏡組的支撐。反射鏡支撐裝置采用螺母安裝在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上，并且可沿水平調(diào)整架一維前后滑動，用于適應(yīng)不同光路的水平位置。在所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置上依次放置第一反射鏡，第二反射鏡，第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)分別固定于光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)端面左右兩側(cè)。第一反射鏡、第二反射鏡分別安裝在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)上，并可以在O到360度之間隨著反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)改變角度。在所述第一反射鏡、第二反射鏡之間固定放置光程調(diào)節(jié)滑軌，第三反射鏡。光程調(diào)節(jié)滑軌位于第一反射鏡和第二反射鏡正中間位置，并與第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)平行。第三反射鏡鏡面垂直于光程調(diào)節(jié)滑軌放置，并可沿光程調(diào)節(jié)滑軌一維前后滑動。所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡組成V形折疊光路，用于保證出射光束與入射光束的傳播方向一致，且光束傳播的光程可調(diào)。利用上述的光譜設(shè)備光路精確校準(zhǔn)輔助裝置對光譜設(shè)備校準(zhǔn)，包括下列步驟:①調(diào)整光學(xué)裝置高度位置:調(diào)整所述的第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)上的高度，保證入射光束和第一反射鏡的中心位置
高度一致。②調(diào)整光學(xué)裝置水平位置:調(diào)整所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上的水平位置，保證入射光束和第一反射鏡的水平中心位置一致。③通過調(diào)整第三反射鏡在光程調(diào)節(jié)滑軌上的位置，獲得所需的光程。④通過轉(zhuǎn)動所述第一反射鏡角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證入射光束正對第一反射鏡正中心位置，同時確保在第一反射鏡上的反射光線正對第三反射鏡正中心位置。轉(zhuǎn)動第二反射鏡角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，確保在第二反射鏡上的出射光線與入射光束方向一致。本專利的技術(shù)效果:本專利提出了一種解決現(xiàn)有光譜設(shè)備光程過短，導(dǎo)致光束在和探測器準(zhǔn)直的過程調(diào)準(zhǔn)過程準(zhǔn)確度低的問題。假設(shè)在設(shè)備所能達(dá)到最理想狀態(tài)下，現(xiàn)有光束光斑與探測器探頭重合度存在0.1mm的偏差，而某些光譜設(shè)備的樣品位置到探測器探頭之間為15-20cm距離，經(jīng)過計算，在手動調(diào)整端可容忍偏離將會是在0.2_。如果采用本專利的裝置校準(zhǔn)，調(diào)整第三反射鏡在光程調(diào)節(jié)滑軌上的位置，使得樣品位置到探測器探頭之間光程距離為100cm，在手動調(diào)整端可容忍偏離將會放大到1mm。

圖1是反射式光譜檢測設(shè)備基本原理圖。圖2是檢測器響應(yīng)與光束覆蓋示意圖。圖3是反射式光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置本專利實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是橢偏設(shè)備上光束校準(zhǔn)裝置本專利實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本專利做進(jìn)一步的說明，但是不應(yīng)以此限制本專利的保護(hù)范圍。先請參閱圖3，圖3反射式光譜設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置是本專利的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖3可見，本專利反射式光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，包含第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I，第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2和第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11，一個位于水平調(diào)整架上的反射鏡支撐裝置9。其構(gòu)成是:所述的第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2平行放置，作為整個光學(xué)裝置的支撐。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11采用螺母固定在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2左右。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)1、第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上下位置可調(diào)，用于適應(yīng)不同光路高度位置。反射鏡支撐裝置9采用螺母固定在水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，11上，并可以在水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，11所處平面上一維直線移動。在所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置9上依次放置第一反射鏡3，第二反射鏡5，第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6，第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7。第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6、第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7分別固定于光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I端面左右兩側(cè)。第一反射鏡
3、第二反射鏡5分別安裝在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6，第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7上，并可以在O到360角度之間旋轉(zhuǎn)。在所述第一反射鏡3、第二反射鏡5之間固定放置光程調(diào)節(jié)滑軌8，第三反射鏡4。光程調(diào)節(jié)滑軌8位于第一反射鏡3和第二反射鏡4正中間位置，并與第一水平調(diào)整架13、第二水平調(diào)整架14平行，構(gòu)成V形對稱結(jié)構(gòu)折疊光路(見虛線框)。第三反射鏡4鏡面垂直于光程調(diào)節(jié)滑軌8放置，并可沿光程調(diào)節(jié)滑軌8 一維前后位置滑動。入射光束12入射到第一反射鏡3上，調(diào)整第一反射鏡3在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6上的角度，保證第一反射鏡3上的出射光束13正對第三反射鏡4的正中心位置。調(diào)整第二反射鏡5在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7上的角度，保證第三反射鏡4上的出射光束14經(jīng)第二反射鏡5反射后,反射光15與入射光束10方向一致。請參閱圖4，圖4是本專利實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，是用于反射光譜型橢偏儀光路校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4中12為橢偏儀光源，采用疝燈光源可輸出光譜范圍為300nm到2500nm，14為橢偏儀探測器。橢偏儀光源發(fā)出光束15經(jīng)過樣品13表面反射后,產(chǎn)生反射光光束16。圖4中，第一反射鏡3、第二反射鏡5、第三反射鏡4對光譜范圍300nm到2500nm的光束高反射，可采用鍍制金屬銀薄膜來實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調(diào)節(jié)反射鏡支撐裝置9在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16 —致，此時反射光束16正對第一反射鏡3中心位置入射。調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置，獲得相應(yīng)光程。轉(zhuǎn)動第一反射鏡3在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6的角度，使得反射光17正對第三反射鏡4中心位置入射。光束18入射到第二反射鏡5上，轉(zhuǎn)動第二反射鏡5在第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。該實(shí)施例測試待測樣品為氧化硅單層薄膜，樣品采用電子束蒸發(fā)鍍制，制備的薄膜厚度為800nm左右，沉積速率為2nm/s。使用過程:下面具體描述該校準(zhǔn)裝置的實(shí)際使用過程。首先把待測樣品放置在橢偏儀自帶的樣品臺13上，該樣品臺13可以進(jìn)行俯仰調(diào)節(jié)。通過計算機(jī)控制橢偏儀光源12輸出500nm波長的校準(zhǔn)光束15，光束15作用到樣品上，獲得反射光光束16。在沒有增加光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置的情況下，反射光16將直接進(jìn)入到探測器14中。此時可手動調(diào)整樣品臺13的俯仰角度來調(diào)節(jié)反射光束16與探測器14光斑重合度。探測器相應(yīng)光強(qiáng)為最大時，代表反射光束16進(jìn)入到探測器內(nèi)部光斑最大，此時的反射光束16從樣品表面到探測器的光程大約為20cm。計算機(jī)上讀取相應(yīng)探測器感應(yīng)光強(qiáng)大小為4.12。在樣品臺13和探測器14之間增加光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)輔助裝置。調(diào)節(jié)第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調(diào)節(jié)反射鏡支撐裝置9在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16一致，此時反射光束16正對第一反射鏡3中心位置入射。調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置，使得第三反射鏡4與第一反射鏡3距離為50cm，獲得光程大約為100cm。轉(zhuǎn)動第一反射鏡3的角度在第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)6的角度，使得反射光17正對第三反射鏡4中心位置入射，轉(zhuǎn)動第二反射鏡5的角度在第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。此時反射光束19將沿用入射光束16方向進(jìn)入到探測器中。手動調(diào)節(jié)樣品臺13的俯仰位置，保證探測器上相應(yīng)光強(qiáng)達(dá)到最大，即反射光束19光斑與到探測器14內(nèi)部重合度最大，此時計算機(jī)上讀取相應(yīng)光強(qiáng)為4.38。校準(zhǔn)完成后，取下光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，開始進(jìn)行相應(yīng)的橢偏測量。校準(zhǔn)結(jié)果:通過采用光譜檢測設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，使得反射光16到探測器14之間實(shí)際光程從20-30cm左右提高到100cm。在手工調(diào)節(jié)的樣品臺13俯仰位置校準(zhǔn)時，可容忍的調(diào)整偏差將會放大5倍，獲得光強(qiáng)提升8%左右。通過調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置可以進(jìn)一步放大可容忍調(diào)整偏差，達(dá)到進(jìn)一步精確校準(zhǔn)的目的。
權(quán)利要求1.一種用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，包括第一豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(I)，第二豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)，第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)(11)和用于放置整個反射鏡光路元件和滑軌的反射鏡支撐裝置(9)，其特征在于: 在所述第一豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(I)和第二豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2 )上垂直放置第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11 )，其上下高度位置可調(diào)，以滿足不同光路高度位置調(diào)整的需要； 在所述第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11)上放置所述反射鏡支撐裝置(9),所述反射鏡支撐裝置(9)在第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11)上水平位置可調(diào)，以滿足不同光路水平位置調(diào)整需要； 在所述反射鏡支撐裝置(9 )上放置第三反射鏡(4 )和光程調(diào)節(jié)滑軌(8 )，用于獲得不同校準(zhǔn)光程需要；放置第一反射鏡(3 )、第二反射鏡(5 )、第一反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(6 )、第二反射鏡轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(7)，滿足不同光路入射后，不改變光束傳播方向輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于:所述第一反射鏡(3)、第二反射鏡(5)為角度可旋轉(zhuǎn)反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于:所述3個反射鏡(3，4，5)位置為V型對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計，組成光束調(diào)整機(jī)構(gòu)，滿足不改變光束傳播方向的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于:所述第三反射鏡(4)具有沿光程調(diào)節(jié)滑軌(8) —維方向移動的機(jī)構(gòu)，滿足光程可變需要。
專利摘要本專利公開了一種用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，它由一個能適應(yīng)多種光路的空間調(diào)整機(jī)構(gòu)和反射鏡支撐裝置組成空間位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，由兩塊可旋轉(zhuǎn)角度反射鏡和一塊可變光程固定角度反射鏡組成V型光路調(diào)整機(jī)構(gòu)。該裝置能保證不改變原光路傳播方向，增加樣品表面反射光到達(dá)探測器之間的光程，從而提高光譜設(shè)備光路校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。
文檔編號G01N21/25GK203053853SQ201220652379
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者周明, 劉定權(quán), 蔡清元, 張莉 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所