CN207816821U - 一种薄膜透光均匀性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种薄膜透光均匀性检测装置，包括激光光源、工作台、光电探测器、信号调理单元、模数转换单元、数字锁相放大器、数模转换单元、控制单元；工作台设有样品台和圆孔，样品台可移动的覆盖在圆孔上，圆孔半径大于激光光源在样品平台处的光斑半径；激光光源与光电探测器分设在工作台两侧，使其中心连线垂直于工作台并从圆孔穿过；光电探测器依次与信号调理单元、模数转换单元、数字锁相放大器、数模转换单元及激光光源电连接，控制单元与数字锁相放大器及工作台电连接，用于接收数字锁相放大器的检测信号及控制带有样品的样品台移动，进行下一区域样本检测。本实用新型提高在弱光源和强光噪声环境下的检测准确度。

Description

一种薄膜透光均匀性检测装置

技术领域

本发明涉及薄膜检测领域，具体而言，涉及一种薄膜透光均匀性检测装置。

背景技术

目前，对薄膜透光均匀性检测，如椭圆偏振测量法是通过分析光在被测样品上反射前后偏振状态的变化,来测定薄膜的参数的，但其采用椭偏法测量的数据在数学处理上非常的复杂和繁琐。等厚干涉和干涉色测量法是根据劈尖干涉原理，将平行单色光垂直照射到薄膜上，经多次反射干涉而产生鲜明的干涉条纹，然后再根据条纹的偏移，就可求出薄膜的参数,但对被测的薄膜要求较高(薄膜须具有高反射和平坦的表面)，需要把薄膜制成台阶才能测量，限制了其应用。光度法和反射光谱法因测试简单，被广泛应用，但在测微弱光强及噪声干扰等情况下,测量不确定度很大,易产生检测误差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种薄膜透光均匀性检测装置，旨在增强检测的准确性、稳定性，改善在弱光源和强光噪声的环境下易产生误差的问题。

本实用新型的一种薄膜透光均匀性检测装置包括：激光光源、工作台、光电探测器、信号调理单元、模数转换单元、数字锁相放大器、数模转换单元、控制单元；所述工作台上设有样品台和圆孔，所述样品台可移动的覆盖在所述圆孔上，所述圆孔的半径大于所述激光光源在所述样品平台处的光斑半径；所述激光光源与所述光电探测器分设在所述工作台两侧，使其中心连线垂直于所述工作台并从所述圆孔穿过；所述光电探测器依次与所述信号调理单元、所述模数转换单元、所述数字锁相放大器、所述数模转换单元及所述激光光源电连接，所述控制单元与所述数字锁相放大器及所述工作台电连接；

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，所述圆孔始终处于所述样品台移动范围内，使所述激光光源能够通过圆孔穿透所述样品。

进一步地，所述数字锁相放大器包括基于FPGA的数字锁相放大器，可在弱光源和强光噪声的环境下检测薄膜各个区域均匀性的微小变化，其内部设有乘法器、低通滤波器、移相电路及DDS信号产生器，用于产生初始信号及对待测信号完成检测。

进一步地，所述工作台水平放置，易操作，可方便地调整激光光源和样品垂直角度以增强透光强度，减少检测误差；所述工作台包括带圆孔的显微镜XY轴移动平台由所述控制电路控制显微镜XY轴移动平台上的X、Y轴电机以完成整个薄膜样品的检测，减少人为误差。

进一步地，所述圆孔半径为4-8cm，所述激光光源在所述样品平台处的光斑半径为1.5-3cm。

进一步地，所述激光光源包括带有调制信号的半导体激光器，能射出一定频率信号的激光光强。

进一步地，所述光电探测器用于接收透过薄膜的带一定频率信号的激光信号并将其转换成电信号。

进一步地，所述激光光强频率为500Hz-20kHz。

进一步地，所述信号调理单元包括仪用运放和滤波器，用于对带噪声的光电信号进行放大，并根据所述激光光源调制信号的已知频率进行滤波。

进一步地，所述控制单元包括单片机显示控制电路，控制薄膜样品的移动，可减少一定的人为误差，同时显示结果和移动的位置，大大增强了可视性。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的薄膜透光均匀性检测装置包括内部设有信号相移电路的锁相放大器，可在弱光源和强光噪声的环境下检测薄膜各个区域均匀性的微小变化；

2.本实用新型采用点对点的检测，可减少不同激光光源和光电探测器对检测结果造成的影响；

3.相对于把薄膜样品垂直放置的光学探测装置，本实用新型使用水平检测平台易操作，可方便地调整激光和样品垂直角度以增强透光强度，减少检测误差；

4.本实用新型中用控制电路控制载有薄膜样品的样品台移动可减少一定的人为误差，只移动薄膜样品，不移动发射和接收装置可减少一定的检测误差。

5.本实用新型成本低、结构简单，易拆分与组装，便于携带使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例的检测装置的示意图；

图标：10-激光光源

20-工作台

21-样品台

22-圆孔

30-光电探测器

40-信号调理单元

50-模数转换单元

60-数字锁相放大器

70-数模转换单元

80-控制单元

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1所示，本实用新型提供的薄膜透光均匀性检测装置包括：激光光源10、工作台20、光电探测器30、信号调理单元40、模数转换单元50、数字锁相放大器60、数模转换单元70、控制单元80；所述工作台20上设有样品台21和一个圆孔22，所述样品台21可水平移动的覆盖在所述圆孔22上，所述圆孔22的半径大于所述激光光源 10在所述样品平台处的光斑半径，使激光能够通过所述圆孔22透射过样品；将所述工作台20水平放置，这样易于操作，可方便地调整激光和薄膜样品垂直角度以增强透光强度，减少检测误差；所述激光光源10与所述光电探测器30分设在所述工作台20两侧，使其中心连线垂直于所述工作台20并从所述圆孔22穿过；所述光电探测器 30依次与所述信号调理单元40、所述模数转换单元50、所述数字锁相放大器60、所述数模转换单元70及所述激光光源10电连接，所述控制单元80与所述数字锁相放大器60及所述工作台20电连接；

所述信号调理单元40包括仪用运放和滤波器，用于对带噪声的光电信号进行放大，并根据所述激光光源调制信号的已知频率进行滤波；所述数字锁相放大器60用于对所述激光光源10进行光强调制及对薄膜均匀度待测信号检测；所述控制单元80用于接收及显示检测结果，并控制带有薄膜样品的所述样品台21移动至下一区域，进行检测。

本装置将所述激光光源10、带所述圆孔22的所述工作台20(水平放置)、所述光电探测器30设计成三点一线的结构，可实现检测的准确性、稳定性，减少检测误差，其中所述圆孔22的半径为4-8cm，所述激光光源在所述样品平台处的光斑半径为1.5-3cm，本实施例中所述圆孔22半径为5cm，所述激光光源10在射出1m处的光斑半径为2.5cm；

本实用新型采用所述激光光源10和所述光电探测器30点对点的检测，减少不同激光光源和光电探测器对检测结果造成的影响。本实施例中所述控制单元80选择单片机显示控制电路控制薄膜样品的移动，可减少一定的人为误差，只移动薄膜样品不移动发射和接收装备也可减少一定的检测误差；单片机控制电路用来显示结果和移动的位置，大大增强了可视性。

本实用新型提供的薄膜透光均匀性检测方法和原理如下：

参照图1所示，本实施例中锁相放大器60采用基于FPGA的数字锁相放大器；激光光源10选用带有调制信号的半导体激光器，能射出频率为500Hz-20kHz的激光光强，本实施例中所述激光光强频率为 1kHz；工作台20选用带有一个圆孔22的显微镜XY轴移动平台，所述圆孔22半径为5cm，所述激光光源10在所述圆孔22处光斑半径为2.5cm；控制单元80选用单片机显示控制电路。准备工作：将所述显微镜XY轴移动平台水平放置，所述半导体激光光源10与所述光电探测器30分设在所述XY轴移动平台两侧，使其中心连线垂直于所述XY轴移动平台并从所述圆孔22穿过，将待检测薄膜样品平铺固定在所述XY轴移动平台的样品台21上。

基于FPGA的数字锁相放大器60其内部设有乘法器、低通滤波器、移相电路及利用直接频率合成技术(DDS)搭建信号发生器用于产生初始信号。所述初始信号经数模转换单元70转换产生方波，对所述半导体激光器进行直接调制即光强调制，使频率为1kHz的激光信号通过所述XY轴移动平台上的所述圆孔22穿过所述样品台21上的待测薄膜，所述光电探测器30检测到带有薄膜均匀度的待测信号并完成光电转换。因检测环境中光干扰或光噪声无处不在，特别是在弱光源和强光噪声的环境，有用的光信号常常淹没其中，故设计信号调理单元40对转换完的电信号进行放大和滤波以增强信噪比，同时也可为模数转换电路提供其所需的工作电压。上述放大和滤波后的信号经模数转换单元50转换后输入到所述基于FPGA的数字锁相放大器中，与其产生的初始信号进行相关运算(因二者频率相同，其检测输出值大小仅和二者相位差相关，故只需在FPGA内部设计移相电路)，运算结果传入所述单片机显示控制电路，其显示检测结果并控制所述XY 轴移动平台的所述样品台21带动薄膜样品沿X、Y轴进行平面移动，而所述圆孔22是固定不动的，所述样品台21移动范围始终能够完整覆盖所述圆孔22，使激光通过所述圆孔22穿透所述待测薄膜样品，从而对薄膜样品逐个区域检测。

本实施例中薄膜样品要具有一定的透光率，薄膜区域的划分与激光在所述样品平台处上的光斑面积的大小有关。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种薄膜透光均匀性检测装置，其特征在于包括：激光光源、工作台、光电探测器、信号调理单元、模数转换单元、数字锁相放大器、数模转换单元、控制单元；所述工作台上设有样品台和圆孔，所述样品台可移动的覆盖在所述圆孔上，所述圆孔的半径大于所述激光光源在所述样品平台处的光斑半径；所述激光光源与所述光电探测器分设在所述工作台两侧，使其中心连线垂直于所述工作台并从所述圆孔穿过；所述光电探测器依次与所述信号调理单元、所述模数转换单元、所述数字锁相放大器、所述数模转换单元及所述激光光源电连接，所述控制单元与所述数字锁相放大器及所述工作台电连接，用于接收所述数字锁相放大器的检测信号及控制带有样品的所述样品台移动，进行下一区域检测。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆孔始终处于所述样品台移动范围内。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字锁相放大器包括基于FPGA的数字锁相放大器，其内部设有乘法器、低通滤波器、移相电路及DDS信号产生器，用于产生初始信号及对待测信号完成检测。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作台水平放置，包括带圆孔的显微镜XY轴移动平台。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆孔半径为4-8cm，所述激光光源在所述样品平台处的光斑半径为1.5-3cm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光光源包括带有调制信号的半导体激光器。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电探测器用于接收透过薄膜的带一定频率信号的激光光强并将其转换成电信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述激光光强频率为500Hz-20kHz。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号调理单元包括仪用运放和滤波器，对所述电信号进行放大和滤波。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括单片机显示控制电路。