专利名称：一种实现薄膜厚度精确测量的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学测量领域，特别是指一种实现薄膜厚度精确测量的装置。
背景技术：
机械测厚仪一般有点接触式和面接触式两类，采用最传统的测厚方法，数据稳定可靠，对试样没有选择性，但由于该测厚仪在进行厚度测量时会在样品表面施加一定的压力，对样品造成一定的损伤。机械测厚仪的核心元件，即测量头及测量面对于微小的振动都十分敏感，所以必须在实验室环境内使用。为了避免自身的振动，并尽可能地减少外界振动的影响，设备底座都采用重而宽的金属制成，这在一定程度上保证了测厚精度，却也给机械测厚仪的小型化和轻便化带来了很大的困难。市场上的机械测厚仪的测试精度参差不齐，一般可达到10 μ m左右。涡流测厚仪和磁性测厚仪一般都是小型便携式设备，分别利用了电涡流原理和电磁感应原理。专用于各种特定涂层厚度的测量，但用于测量薄膜、纸张的厚度时误差较大。超声波测厚仪也多是小型便携式设备，利用超声波反射原理，可测金属、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超声波良导体的厚度。可在高温下工作，这是很多其他类型的测厚仪所不具备的，但对检测试样的种类具有选择性。
实用新型内容本实用新型提出一种实现薄膜厚度精确测量的装置，解决了现有技术中测试精度不均匀、测量误差大和检测试样的种类少的问题，利用光学原理进行测厚，从测试原理上来说可达到极高的测试精度，具有测试精度均匀、测量准确、快速、无损伤和测量范围大等优点。本实用新型的技术方案是这样实现的—种实现薄膜厚度精确测量的装置，包括迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪用于产生干涉条纹，且所述迈克尔逊干涉仪上设有产生光强的点光源；图像传感器(XD，所述C⑶用于记录迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹，且所述CXD与所述数据采集模块电性连接；数据采集模块，所述数据采集模块设有计数器，所述计数器用于对所述干涉条纹进行计数，且所述计数器将计数结果输送至所述硬件；硬件，所述硬件与所述数据采集模块电性连接，且所述硬件内设有数据处理及输出模块，且所述数据处理及输出模块将所述硬件内的信息进行处理并输出；驱动电路，所述驱动电路与所述CXD电性连接。进一步，所述硬件为计算机。进一步，所述数据处理及输出模块即为LabView处理程序模块。进一步，所述计数器将计数结构输送至所述LabView处理程序模块。[0016]进一步，所述点光源为激光器所发出。进一步，所述点光源设于所述迈克尔逊干涉仪的光源入射处。进一步，所述迈克尔逊干涉仪上设有分光板、反射镜和补偿板。进一步，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，且所述第一反射镜和所述第
二反射镜相互垂直。进一步，所述实现薄膜厚度精确测量的装置进一步设有电机。本实用新型利用光学原理进行测厚，从测试原理上来说可达到极高的测试精度，本实用新型具有快速、准确、无损伤和测量范围大等优点。本实用新型可应用于工业生产的在线检测，同时在纳米技术的基础性研究中也有一定的应用价值。
·为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本实用新型实现薄膜厚度精确测量的装置的结构框图；图2为本实用新型实现薄膜厚度精确测量的装置的结构示意图；图3为本实用新型迈克尔逊干涉仪测量厚度的光路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。参照图I、图2及图3，一种实现薄膜厚度精确测量的装置1，包括迈克尔逊干涉仪
2、图像传感器CCD (未图示)、数据采集模块(未图示)、硬件3和驱动电路(未图示)；所述迈克尔逊干涉仪2用于产生干涉条纹(未图示)，且所述迈克尔逊干涉仪2上设有产生光强的点光源21 ;所述CCD用于记录迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹，且所述CCD与所述数据采集模块电性连接；所述数据采集模块设有计数器(未图示)，所述计数器用于对所述干涉条纹进行计数，且所述计数器将计数结果输送至所述硬件3 ;所述硬件与所述数据采集模块电性连接，且所述硬件内设有数据处理及输出模块(未图示)，且所述数据处理及输出模块将所述硬件内的信息进行处理并输出；所述驱动电路与所述CCD电性连接。本实用新型计数器是利用NI数据采集卡和LabVIEW软件平台开发而出，所述CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号，并将采集的图像传递给数据采集模块。所述驱动电路用于驱动CCD对数据图像信息进行感应，且带动数据采集模块进行数据图像采集。进一步，所述硬件3为计算机。所述C⑶用于记录迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹，且输送至计算机内并在计算机上显示出来，且因计算机与数据处理及输出模块电性连接，故通过计算机便可对CXD上采集到的图像、数据进行处理，将各参数进行调整。[0030]进一步，所述数据处理及输出模块即为LabView处理程序模块。LabVIEW，英文全称为 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，其能精确读出O. 5个干涉条纹的变化。进一步，所述计数器将计数结构输送至所述LabView处理程序模块。所述计数器将计数结果输送至计算机中相应的LabView处理程序模块，经处理后得到待测样品的厚度值。进一步，所述点光源21为激光器所发出。进一步，所述点光源21设于所述迈克尔逊干涉仪2的光源入射处(未图示)。进一步，所述迈克尔逊干涉仪2上设有分光板22、反射镜(未图示)和补偿板24。进一步，所述反射镜包括第一反射镜231和第二反射镜232，且所述第一反射镜231和所述第二反射镜232相互垂直。进一步，所述实现薄膜厚度精确测量的装置进一步设有电机(未图示)。所述电机的设置，方便将待测样品的中线与电机电性连接，通过电机的转动实现待测样品的转动，从而能够监测到干涉条纹的变化。本实用新型实现测量薄膜厚度的光学测量系统在使用时，首先将迈克尔逊干涉仪、CCD、数据采集模块、硬件和驱动电路依次电性连接，将点光源打开；然后选取数据采集点，工作人员在第一反射镜与第二反射镜设置成相互垂直，且第二反射镜具有虚像，虚像设于第一反射镜下方，将虚像与第一反射镜调成严格平行，在扩展的点光源的照射下，所有入射角相同的光路，经过所述第一反射镜的反射形成相互平行的光束，再经过所述分光板和所述补偿板的会聚，将相交于焦平面一点而在此处发生干涉，通过计算，得出越往外条纹越密，同时越细，反之条纹变疏变粗，所以圆环干涉条纹不是等间隔的，根据这种现象，工作人员选取靠近中央圆心的点为参考点进行数据采集；将待测样品A放置在分光板与第一反射镜之间，待测样品A中线与第一反射镜严格平行，待测样品A的中线与电机连接在一起，通过电机的转动，实现待测样品A的转动，从而能够监测到干涉条纹的变化，通过这些干涉条纹的变化，经硬件内LabVIEW处理程序模块的处理，即可得到待测样品的厚度。测厚精度的确定，根据分析及计算，待测样品转动角度越大，迈克尔逊干涉仪两端第一光路和第二光路的光程差变化越大，引起的干涉条纹“冒”出或“陷”入数目越多，因本实用新型计数器能读出O. 5个干涉条纹的变化，故根据待测样品的折射率、待测样品转动的角度和计数器读出的干涉条纹的变化，即可计算出待测样品的测厚精度。以测量一透明薄膜为例，使用本实用新型实现测量薄膜厚度的光学测量系统来进行测量，在第一光路中放置待测的透明薄膜，转动薄膜，改变第一光路和第二光路的光程差，干涉条纹“冒”出或“陷”入，所述图像采集模块便将透明薄膜的光信息记录下来，通过所述数据处理及输出模块的处理，将透明薄膜的厚度计算出来，且输出显示在计算机上。本实用新型利用光学原理进行测厚，从测试原理上来说可达到极高的测试精度，本实用新型具有快速、准确、无损伤和测量范围大等优点。本实用新型可应用于工业生产的在线检测，同时在纳米技术的基础性研究中也有一定的应用价值。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，包括 迈克尔逊干涉仪，所述迈克尔逊干涉仪用于产生干涉条纹，且所述迈克尔逊干涉仪上设有产生光强的点光源； 图像传感器(XD，所述CXD用于记录迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹，且所述CXD与所述数据采集模块电性连接； 数据采集模块，所述数据采集模块设有计数器，所述计数器用于对所述干涉条纹进行计数，且所述计数器将计数结果输送至所述硬件； 硬件，所述硬件与所述数据采集模块电性连接，且所述硬件内设有数据处理及输出模块，且所述数据处理及输出模块将所述硬件内的信息进行处理并输出； 驱动电路，所述驱动电路与所述CCD电性连接。
2.如权利要求I所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述硬件为计算机。
3.如权利要求2所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述数据处理及输出模块即为LabView处理程序模块。
4.如权利要求3所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述计数器将计数结构输送至所述LabView处理程序模块。
5.如权利要求4所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述点光源为激光器所发出。
6.如权利要求5所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述点光源设于所述迈克尔逊干涉仪的光源入射处。
7.如权利要求1-6中任一项所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述迈克尔逊干涉仪上设有分光板、反射镜和补偿板。
8.如权利要求7所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述反射镜包括第一反射镜和第二反射镜，且所述第一反射镜和所述第二反射镜相互垂直。
9.如权利要求8所述的实现薄膜厚度精确测量的装置，其特征在于，所述实现薄膜厚度精确测量的装置进一步设有电机。
专利摘要本实用新型提出了一种实现薄膜厚度精确测量的装置，包括迈克尔逊干涉仪、图像传感器CCD、数据采集模块、硬件和驱动电路；迈克尔逊干涉仪用于产生干涉条纹，且迈克尔逊干涉仪上设有点光源；CCD用于记录迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹，且CCD与数据采集模块电性连接；数据采集模块设有计数器，计数器用于对干涉条纹进行计数，且计数器将计数结果输送至硬件；硬件与数据采集模块电性连接，且硬件内设有数据处理及输出模块，且数据处理及输出模块将硬件内的信息进行处理并输出；驱动电路与CCD电性连接。本实用新型具有快速、准确、无损伤和测量范围大等优点，可应用于工业生产的在线检测，在纳米技术的基础性研究中也有一定的应用价值。
文档编号G01B11/06GK202709996SQ20122034091
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者熊建文, 彭力, 邓解关, 李莉莉 申请人:华南师范大学