本發(fā)明涉及一種薄膜的測量裝置及其使用方法，特別涉及一種具有透明基底的薄膜的測量裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

薄膜是一種薄而軟的透明薄片，其主要用塑料、膠粘劑、橡膠或其他材料制成。薄膜被廣泛用于電子電器，機械、包裝、印刷等行業(yè)。在薄膜的實際生產(chǎn)過程中，諸如無塵室的不潔凈、生產(chǎn)線滾輪等因素都會影響薄膜的質(zhì)量，若不能及時發(fā)現(xiàn)并處理這些問題，將會影響到薄膜的品質(zhì)，同時也會給其它應(yīng)用薄膜的行業(yè)帶來相應(yīng)的損失。隨著國內(nèi)薄膜市場競爭的日趨激烈、國內(nèi)對薄膜質(zhì)量的日益提高，傳統(tǒng)的人眼檢測已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在高速的生產(chǎn)工藝以及過高的質(zhì)量要求，在這樣的背景下以機器視覺代替人眼檢測的薄膜表面瑕疵是一種工業(yè)發(fā)展需要的潮流。

現(xiàn)有設(shè)備對不透明基底薄膜檢測的技術(shù)非常成熟，常用的檢測手段有反射儀測量或者橢偏儀測量。但是，對透明基底薄膜檢測還存在困難，現(xiàn)有技術(shù)中揭示了了一種薄膜檢測裝置，依次包括形成光路連接的光源、光學(xué)元件、分光元件、物鏡、待測物體以及放置待測物體 的承載臺，在分光元件上依次連接光學(xué)接收元件、視覺檢測器，并且設(shè)置處理器與視覺檢測器和光學(xué)元件連接。這種裝置測量交鋪面，光源提供的照明光入射面變化范圍為360°，光學(xué)元件中采用二維面陣CCD進(jìn)行反射光強的探測，將探測結(jié)果輸送至處理器中，從而處理器中計算出待測物體的檢測結(jié)果。但是在待測物體的基底是透明的情況下，由于無法去除透明基底反射光的影響，會對測量造成干擾，如圖1所示，圖中由于透明基底82反射的光81與透明薄膜83反射的光一起反射至物鏡85，一同被物鏡85折射至物鏡后焦面86，若是不將這部分透明基底82反射的光81去除，則會保留至后續(xù)圖像與數(shù)據(jù)的傳輸，導(dǎo)致對于透明薄膜83的測量不準(zhǔn)確。因此這種裝置不能進(jìn)行具有透明基底的薄膜的膜厚測量。

現(xiàn)有技術(shù)中還揭示了一種照明光采用小角度入射的形式，減少由于透明基底產(chǎn)生的干擾反射光，此外還有一種采用照明光斜入射的形式，測量角譜面，可以對單一波長光同時測量多個入射角和方位角的反射率，如此取平均值，計算出待測量薄膜的相關(guān)參數(shù)，但是以上幾種方法均無法徹底根除由于透明基底反射的光對測量造成的干擾，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

因此，如何對具有透明基底的薄膜進(jìn)行準(zhǔn)確的厚度和光學(xué)常數(shù)的測量成為人們亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種具有透明基底的薄膜的測量 裝置及測量方法，能夠排除由于透明基底反射的干擾光，以實現(xiàn)對具有透明基底的薄膜的準(zhǔn)確測量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有透明基底的薄膜的測量裝置，依次包括：形成光路連接的光源、準(zhǔn)直鏡頭、濾波器、起偏器、分光元件、物鏡以及具有透明基底的薄膜，所述據(jù)由透明基底的薄膜放置于承載臺上，所述分光元件依次連接的面陣探測器與處理器，還包括遮擋光闌，用于去除在測量過程中因所述透明基底而產(chǎn)生的對測量造成干擾的反射光。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌的直徑為L3，其計算公式為：

其中NA_interferece＝sinθ₁＝n×sinθ₁，NA_interferece為受到干擾的透明薄膜反射光的最大數(shù)值孔徑，NA_objective為所述物鏡的最大數(shù)值孔徑，L4為所述物鏡后焦面直徑，n為所述透明基底折射率，h為所述透明基底的厚度，θ₁為測量光在所述透明基底中的折射角，L1為所述物鏡最大視場直徑，L為所述光源在測量過程中的照明視場的直徑。

作為優(yōu)選，在所述準(zhǔn)直鏡頭與所述濾波片之間設(shè)置所述遮擋光闌，使得所述光源照明方式為環(huán)形照明。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌的直徑與位置為可調(diào)整的，使得所述光源照明方式為可調(diào)整環(huán)形照明。

作為優(yōu)選，所述光源為鹵素?zé)艋蛘唠療簟?/p>

作為優(yōu)選，所述濾波片為窄帶濾光片。

作為優(yōu)選，所述起偏器為偏振片或者偏振棱鏡。

作為優(yōu)選，所述分光元件為直角分光棱鏡或者半透半反鏡。

作為優(yōu)選，所述面陣探測器為電荷耦合元件或者互補金屬氧化物半導(dǎo)體。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌設(shè)置在所述物鏡后焦面處。

本發(fā)明還提供一種使用如上述的具有透明基底的薄膜的測量裝置的薄膜測量方法，包括如下步驟：

步驟S1:將具有透明基底的薄膜，放置在所述承載臺上；

步驟S2:由所述光源提供照明光，依次經(jīng)過所述準(zhǔn)直鏡頭、濾波片和起偏器，然后經(jīng)由所述分光元件反射；

步驟S3:步驟S2產(chǎn)生的反射光通過所述物鏡聚焦到所述具有透明基底的薄膜；

步驟S4:所述具有透明基底的薄膜在同一角度所反射的光匯聚在所述物鏡的后焦面處，并且由所述遮擋光闌遮擋掉由所述透明基底所反射的干擾光，有用的反射光由所述分光元件反射至所述面陣探測器并且成像，將成像信號反饋至所述處理器。

步驟S5:所述處理器將所述面陣探測器的反饋的成像信號進(jìn)行處理，計算出所述待測對象膜層的厚度和光學(xué)常數(shù)。

作為優(yōu)選，根據(jù)所述透明基底的厚度、所述物鏡視場大小、所述光源在測量過程中照明視場的大小以及所述遮擋光闌的直徑大小，從而濾除薄膜散射光中受到透明基底反射光干擾的角譜信號，完成對透明基底薄膜膜厚的測量。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌的直徑為L3，其計算公式為：

其中NA_interferece＝sinθ₁＝n×sinθ₁，NA_interferece為受到干擾的透明薄膜反射光的最大數(shù)值孔徑，NA_objective為所述物鏡的最大數(shù)值孔徑，L4為所述物鏡后焦面直徑，n為所述透明基底折射率，h為所述透明基底的厚度，θ₁為測量光在所述透明基底中的折射角，L1為所述物鏡最大視場直徑，L為所述光源在測量過程中的照明視場的直徑。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌在所述光源的照明光路瞳面共軛位置。

本發(fā)明還提供一種使用上述的具有透明基底的薄膜的測量裝置的薄膜測量方法，包括如下步驟：

步驟S1:提供具有透明基底的薄膜，放置在所述承載臺上；

步驟S2:由所述光源提供照明光，經(jīng)過所述遮擋光闌擋住小角度入射光后，使用大角度的入射光通過，形成了環(huán)形照明的方式，并依次經(jīng)過所述準(zhǔn)直鏡頭、濾波片和起偏器，然后由所述分光元件將所述照明光反射；

步驟S3:步驟S2產(chǎn)生的反射光通過所述物鏡聚焦到所述具有透明基底的薄膜，以使聚焦到所述薄膜的反射光為有用的光信號，避免了小角度入射光反射后的干擾光信號的聚焦；

步驟S4:所述具有透明基底的薄膜在同一角度所反射的光透過所述物鏡到達(dá)所述分光元件，并且由分光元件反射至所述面陣探測器，由所述面陣探測器成像，并且將成像信號反饋至所述處理器。

步驟S5:所述處理器將所述面陣探測器的反饋的成像信號進(jìn)行處理，計算出所述薄膜的厚度和光學(xué)常數(shù)。

作為優(yōu)選，根據(jù)所述透明基底的厚度、所述物鏡視場大小、所述光源在測量過程中照明視場的大小以及所述遮擋光闌直徑大小，從而濾除入射光反射后受到透明基底反射光干擾的角譜信號對薄膜的影響，完成對透明基底薄膜膜厚的測量。

作為優(yōu)選，所述遮擋光闌的直徑為k1×L3，其計算公式為：

其中NA_interferece＝sinθ₁＝n×sinθ₁，NA_interferece為受到干擾的透明薄膜反射光的最大數(shù)值孔徑，NA_objective為所述物鏡的最大數(shù)值孔徑，L4為所述物鏡后焦面直徑，n為所述透明基底折射率，h為所述透明基底的厚度，θ₁為測量光在所述透明基底中的折射角，L1為所述物鏡最大視場直徑，L為所述光源在測量過程中的照明視場的直徑，k1為倍率關(guān)系。

作為優(yōu)選，步驟S2中所述遮擋光闌為可調(diào)整遮擋光闌。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明根據(jù)透明基底厚度、物鏡視場大小、照明視場大小并根據(jù)相關(guān)計算公式計算出相應(yīng)直徑型號的遮擋光闌來遮擋在小角度范圍內(nèi)受到透明基底反射的干擾光，將剩余區(qū)域的反射光形成圖像發(fā)送至數(shù)據(jù)處理器，計算出薄膜的厚度與相關(guān)光學(xué)數(shù)據(jù)。因此這種裝置可根據(jù)不同的薄膜來設(shè)計不同的遮擋光闌，具有操作簡單，測量精準(zhǔn)的特點。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中透明基底薄膜反射光的原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例一裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的原理圖；

圖4為本發(fā)明實施例二裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例三裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例三遮擋光闌平面圖。

現(xiàn)有技術(shù)圖示：80-入射光、81-基底反射光、82-透明基底、83-透明薄膜、84-透明薄膜反射光、85-物鏡、86-物鏡后焦面、

本發(fā)明圖示：1-光源、2-準(zhǔn)直鏡頭、3-濾波片、4-起偏器、5-分光元件、6-一號遮擋光闌、7-物鏡、8-待測物體、9-承載臺、10a-入射光、10b-反射光、11-面陣探測器、12-物鏡后焦面、13-處理器、14-照明光路瞳面共軛位置、15-二號遮擋光闌、16-三號遮擋光闌、91-待測薄膜層、92-測量系統(tǒng)物鏡的視場、93-光學(xué)系統(tǒng)照明視場、94-基底層、95-特定入射角基底反射光、96-物鏡后焦面、97-物鏡、θ1-折射角。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。

實施例一

圖2為本發(fā)明所提供的一種具有透明基底的薄膜的測量裝置，依次包括：形成光路連接的光源1、準(zhǔn)直鏡頭2、濾波器3、起偏器4、分光元件5、物鏡7、待測物體8，所述待測物體8為具有透明基底的薄膜，位于承載臺9上，所述分光元件5依次連接的面陣探測器 11與處理器13，還包括一號遮擋光闌6，用于遮擋在測量過程中因所述透明基底而產(chǎn)生的對測量造成干擾的反射光。

較佳地，請參照圖3，基底層94的厚度為h，n為基底層94折射率，L為光學(xué)系統(tǒng)照明視場93的直徑，L1為測量系統(tǒng)物鏡的最大視場92的直徑，L4為所述物鏡后焦面96的直徑，從圖中可以看出，折射角θ₁可表示為：

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{L1+L}{4h}\right);$

而能被物鏡97接收的最大數(shù)值孔徑范圍可以表示為：

$\mathrm{NA}\_\mathrm{interferec\; e}=\sin {\mathrm{\θ}}_1=n\×\sin {\mathrm{\θ}}_1=n\×\sin \left[\arctan \left(\frac{L1+L}{4h}\right)\right]$

所述一號遮擋光闌6的直徑L3計算公式為：

其中NA_interferec e為受到干擾的透明薄膜反射光的最大數(shù)值孔徑，即能被物鏡97接收的最大數(shù)值孔徑范圍，NA_objective為所述物鏡97的最大數(shù)值孔徑，因此在實際使用過程中，根據(jù)不同厚度的基底層94和光學(xué)系統(tǒng)照明視場93的直徑L，以及其它數(shù)據(jù)，來配置不同的一號遮擋光闌6的尺寸。另外，通過對光源1照明的檔位切換也可以實現(xiàn)一號遮擋光闌6的尺寸改變。

較佳地，所述光源1為鹵素?zé)艋蛘唠療簟?/p>

較佳地，所述濾波片3為窄帶濾光片，如波長為780nm、633nm、550nm、441nm或者360nm等。

較佳地，所述起偏器4為偏振片或者偏振棱鏡。

較佳地，所述分光元件5為直角分光棱鏡或者半透半反鏡。

較佳地，所述面陣探測器11為電荷耦合元件或者互補金屬氧化物半導(dǎo)體，對于濾波器3的透明波長均具有良好的響應(yīng)。

較佳地，所述一號遮擋光闌6設(shè)置在所述物鏡后焦面12處。

本發(fā)明還提供一種上述的具有透明基底的薄膜的測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

步驟1:提供一個待測物體8，即具有透明基底的薄膜，放置在所述承載臺9上；

步驟2:由所述光源1提供照明光，依次經(jīng)過所述準(zhǔn)直鏡頭2、濾波片3和起偏器4，然后由所述分光元件5將所述照明光反射；

步驟3:步驟2產(chǎn)生的反射光通過所述物鏡7到達(dá)所述待測物體8，入射光為10a，其中物鏡7具有大數(shù)值孔徑，將入射光束以一定夾角匯聚到待測物體8上，形成小尺寸照明光斑；

步驟4:所述待測物體8在同一角度所反射的光10b匯聚在所述物鏡7的后焦面12處，并且由所述一號遮擋光闌6遮擋掉由所述待測物體8透明基底的所散射的干擾光，剩余的反射光由所述分光元件5反射至所述面陣探測器11并且成像，將成像信號反饋至所述處理器13。

根據(jù)不同厚度的基底層94和光學(xué)系統(tǒng)照明視場93的直徑L，以及下述公式，來配置不同的一號遮擋光闌6的尺寸：

其中NA_interferece＝sinθ₁＝n×sinθ₁，其中L3為所述一號遮擋光闌6的尺寸，h為基底層94的厚度，n為基底層94折射率，L為光學(xué)系統(tǒng)照明視場93的直徑， L1為測量系統(tǒng)物鏡的最大視場92的直徑，L4為所述物鏡后焦面96的直徑。

步驟5:所述處理器13將所述面陣探測器11的反饋的成像信號進(jìn)行處理，所述處理器13將剩余反射光的角譜信號與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而逆向求解獲得待測物體8的薄膜厚度的信息。

實施例二

如圖4所示，本實施例與實施例一的區(qū)別在于將物鏡7后焦面位置上放置的一號遮擋光闌6去除，在照明光路瞳面共軛位置23處設(shè)置二號遮擋光闌15，所述二號遮擋光闌15直徑為k1×L3，其中k1為倍率關(guān)系，所述二號遮擋光闌15可以去除小角度的入射光，從而使得照明方式形成環(huán)形照明方式，最終物鏡7收集到的信號都是沒有被待測物體8中透明基底背景光干擾過的光信號，并且有利于光路終雜散光的控制，提高信噪比。

實施例三

如圖5所示，本實施例與實施例一的區(qū)別在于將物鏡7后焦面位置上放置的一號遮擋光闌6去除，在準(zhǔn)直鏡頭2的瞳面共軛位置23處設(shè)置三號遮擋光闌16，所述三號遮擋光闌16為可調(diào)整遮擋光闌，直徑為k1×L3，從而在實際操作中可以根據(jù)測量配置選擇合適的遮擋光闌或者設(shè)置合適的遮擋位置，請參考圖6，圖中黑色部分為三號遮擋光闌16的遮擋部分，白色部分為透光部分，根據(jù)實際情況，旋轉(zhuǎn)三號遮擋光闌16或者調(diào)整黑色遮光部分，因此光源1的照明方式也隨著三號遮擋光闌16的調(diào)整而改變，呈現(xiàn)出照明范圍不同的環(huán)形照 明方式，這樣可以根據(jù)實際操作環(huán)境直接排除小角度的入射光，最終物鏡7收集到的信號沒有被待測物體8的透明基底反射光干擾，完成對待測物體8的測量。

顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。