专利名称：计算机控制的电子束偏转设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学镀膜的电子束蒸发系统，特别是一种用于光学镀膜的电子束蒸发系统的计算机控制的电子束偏转设备。
背景技术：
由于现代镀膜生产的需要，许多仪表和设备都朝着智能化方向发展。通过计算机程序精确控制镀膜过程中镀膜设备的运转和镀膜参数的改变，成为镀膜生产的迫切需要。电子束蒸发在整个光学镀膜过程中是个很重要的环节，它能否在整个镀膜过程中提供稳定的靶材蒸发分布，将直接影响镀膜产品的光谱指标和成品率。电子束蒸发镀膜的过程是高能量的电子束在偏转线圈产生的均匀磁场中做圆周运动，偏转270°入射在靶材表面上轰击加热靶材，使靶材气化蒸发后凝结在基板表面成膜。电子束蒸发的稳定性与电子束在靶材上的偏转位置和移动频率紧密相关。稳定的蒸发需要理想的电子束斑偏转位置和合理的蒸发时间。电子束的偏转运动与磁场紧密相关，当磁场大小改变时，电子束圆周运动的曲率半径发生改变，电子束斑入射在靶材表面的位置也会发生改变。即电子束偏转运动是通过改变偏转线圈磁场大小来实现的。磁场大小是由偏转线圈两端的电压控制的。传统电子束偏转控制设备是通过机械电位器，如手动旋转式电阻器，改变X、Y方向偏转线圈的电压大小。然而，由于机械电位器易机械磨损，操作者直接控制易导致误差且控制时间不准，无法满足准确、稳定调节电子束偏转的要求，更无法达到时间上精确控制的要求。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术的不足，提供一种计算机控制的电子束偏转设备，它能够对电子束偏转移动进行全数字化的精准调节和精确控制蒸发时间，整个设备在速度、精度和可靠性上大大提高，智能化程度也大大提高。
本发明的技术解决方案如下一种计算机控制的电子束偏转设备，包括一具有X方向偏转线圈和Y方向偏转线圈组成的偏转线圈组，其特点是还有一台程序控制计算机和一台由数字电位器构成的偏转调节装置，所述的数字电位器接受所述的程序控制计算机的数字信号，调节自身阻抗，调节的电压加载到偏转线圈组上，对电子束产生偏转作用。
所述的偏转调节装置依次由电压调节电路、功率放大电路、滤波电路构成，所述的电压调节电路含有与所述的控制计算机并口连接的第一数字电位器和第二数字电位器，该第一数字电位器和第二数字电位器接受所述的程序控制计算机的数字信号，调节自身阻抗，所述的第一数字电位器通过第一功率放大电路和第一滤波电路接所述的X方向偏转线圈，所述的第二数字电位器通过第二功率放大电路和第二滤波电路接所述的Y方向偏转线圈。
本发明的特点是采用数字电位器代替传统的机械式电位器，并用计算机进行程序控制。
所述的电压调节电路是用两个能与计算机接口的三线非易失性数字电位器组成，三线非易失性数字电位器的阻值变化是阶梯、增量式变化的，它可以接受数字信号，调节自身阻抗，分别控制X、Y方向偏转线圈电压大小。数字电位器代替传统的机械式电位器可以减少误差和调节控制时间。电压调节电路的输入端接计算机的并口，输出端与功率放大电路相接。调节的电压经功率放大后通过滤波电路加载到偏转线圈上对电子束产生偏转作用。
本发明所提供的计算机控制的电子束偏转设备，不仅可使镀膜生产中的调节工作容易实现自动化，而且在操作使用上也容易实现智能化。
本发明的优点是1、偏转控制设备可对偏转线圈电压大小实现全数字化调节，数字可长期保存和随时刷新。
2、数字电位器阶梯式的阻值变化使该装置具有调节精度高和阻值稳定的特性，其阻值分辨的台阶越多，阻值变化越精细，调整的灵敏度越高。
3、该设备可以在时间上精确控制电子束的偏转。
4、与计算机接口，易于通过软件编程实现自动操作控制。
5、该设备具有抗震动、无机械磨损、寿命长的特点。
图1是本发明计算机控制电子束偏转设备的实施例的总体结构示意图。
图2是计算机通过并口控制数字电位器阻值增大或减小、存储阻值的流程图。
图3是软件控制偏转调节装置输出不同偏转电压及其对应延迟时间的流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明计算机控制电子束偏转设备的实施例的总体结构示意图。由图可见，本发明计算机控制的电子束偏转设备，包括一台计算机1，一台偏转调节装置2，一个偏转线圈组3，两个输出±10V电压的稳压电路4和5。偏转调节装置2主要包括电压调节电路21、第一功率放大电路22和第二功率放大电路23、第一滤波电路24和第二滤波电路25。电压调节电路21与计算机1并口相接。计算机1并口的数据端口共8个，2～9号口，控制端口共4个，1，14，16，17号口。两端口共可以组成1～12位的任意数字输出端口，当计算机1向数据或控制的端口寄存器写“1”时，相应的数据线或控制线输出+5V电压，写“0”则输出为0V电压。并口的特点为传输快、可靠性高、编程简单，易于满足数字电位器的时序控制要求。电压调节电路2包含三个电压转换电路213、214、215。其中213和214把+10V电压转换为+5V，215把-10V电压转换为-5V。第一数字电位器211和第二数字电位器212分别控制X/Y偏转线圈电压。本实施例中第一数字电位器211和第二数字电位器212分别采用X9319和X9C103非易失性数字电位器。非易失性电位器均由三个部分组成控制部分、非易失性存储器以及电阻阵列。X9319和X9C103总电阻值为10KΩ，内部有99个电阻单元阵列，在每个电阻单元之间和任一端都有可以被滑动端Rw访问的抽头，利用滑动端Rw的上下移动，即可增大或减小输出的电阻值大小。100个滑动抽头，可达到100级的数字化调节，对应于100个不同的电阻值。控制部分的作用如同一个升/降计数器，这个计数器的输出通过译码后接通一个单接点的电子开关，以便把电阻阵列上的一个点连接到滑动输出端Rw，从而改变输出阻值的大小。控制部分主要由CS片选端、U/D加/减控制端、INC计数脉冲端三线来控制，INC端每一次脉冲下降沿的触发都将依U/D端为高/低电平而使数字电位器中的计数器加/减1，连续给INC端送计数脉冲就可使加/减计数达到需要的数值。滑动端Rw的位置可以存储在EEPROM储存器中，在下次上电使用时可以被重新调用。CS、U/D、INC三端分别与并口数据端口或控制端口相接，即可与并口的1～9，14，16，17号口接通。本实施例有两个数字电位器，其INC、CS、U/D三线分别接2～4和6～8号口。高端RH和低端RL等效于机械电位器的一个固定端。第一数字电位器211X9319端点电压为0V到+10V，其RL端接地，RH端通过一个约20KΩ限流电阻216与10V电压相接，可控制Y方向的偏转线圈电压。依据电子束斑在X方向移动所需的偏转线圈电压从负到正的特点，选取了端点电压为±5V的第二数字电位器X9C103212，其RH和RL两端分别接一个约20KΩ限流电阻217和218。计算机编程控制接入并口的CS、U/D、INC的TTL电平变化，满足一定的时序关系即可在Rw端输出不同的电阻值。图2给出计算机编程通过并口控制数字电位器阻值增大或减小、存储阻值的流程图。如图2所示，向选定的数字电位器片选CS端输入低电平，判断电阻值是否增大而向U/D端输入相应的高电平或低电平，以数字电位器滑动端Rw当前停留位置为基准，向计数器置一定数量的计数脉冲，计数脉冲个数即为滑动端依基准需增加或减少的步数，调整INC端高低电平，INC端每一次脉冲下降沿的触发都将依U/D端为高/低电平而使数字电位器中的计数器加/减1，达到在Rw端输出不同电阻值的目的。可利用先置INC端为高电平，延时，再置CS端为高电平的时序过程，即可实现滑动端Rw的位置存储在EEPROM储存器中，在下次上电使用时将被重新调用。
改变电阻值大小，可以达到调节输出电压大小的目的，使电子束能在X或Y方向偏转到不同的位置；存储任一电阻值，以便下次使用时输出预定的电压值，使电子束偏转到预定的位置；计算机编程精确延时，改变电阻值，输出不同电压，以便电子束在不同的偏转位置驻留不同的时间，时间精度可达到ms量级。图3为控制电子束偏转在X或Y方向的不同位置停留不同时间的流程图。不同的位置对应不同的电压和不同的驻留时间。首先选定控制X或Y方向偏转线圈电压的数字电位器，置电位器改变次数即电子束斑在X或Y方向偏转的位置个数，向计数器置不同位置对应的计数脉冲个数，数字电位器的阻值输出，调节电压加载在偏转线圈上，精确延时后，重复上述步骤即可实现电子束斑在X或Y方向的任意移动和电子束斑对靶材合理的蒸发时间的精确控制。
电压调节电路输出的信号接入功率放大电路和滤波电路后，输出的控制电压加载到偏转线圈组3上产生不同的磁场作用在电子束上，使电子束发生偏转和停留。功率放大电路采用甲乙类双电源互补对称电路，滤波电路采用与偏转线圈并联的电容电阻串联电路。
整个操作过程实现数字化控制，简单精确智能化。
权利要求
1.一种计算机控制的电子束偏转设备，包括一具有X方向偏转线圈和Y方向偏转线圈组成的偏转线圈组(3)，其特征在于还有一台程序控制计算机(1)和一台由数字电位器构成的偏转调节装置(2)，所述的数字电位器接受所述的程序控制计算机(1)的数字信号，调节自身阻抗，调节的电压加载到所述的偏转线圈组(3)上，对电子束产生偏转作用。
2.根据权利要求1所述的计算机控制的电子束偏转设备，其特征在于所述的所述的偏转调节装置(2)依次由电压调节电路(21)、功率放大电路、滤波电路构成，所述的电压调节电路(21)含有与所述的控制计算机(1)并口连接的第一数字电位器(211)和第二数字电位器(212)，该第一数字电位器(211)和第二数字电位器(212)接受所述的程序控制计算机(1)的数字信号，调节自身阻抗，所述的第一数字电位器(211)通过第一功率放大电路(22)和第一滤波电路(24)接所述的X方向偏转线圈，所述的第二数字电位器(212)通过第二功率放大电路(23)和第二滤波电路(25)接所述的Y方向偏转线圈。
3.根据权利要求1或2所述的计算机控制的电子束偏转设备，其特征在于所述的数字电位器是三线非易失性数字电位器，三线非易失性数字电位器的阻值变化是阶梯、增量式的。
全文摘要
一种用于光学镀膜的电子束蒸发系统的计算机控制的电子束偏转设备，包括一具有X方向偏转线圈和Y方向偏转线圈组成的偏转线圈组，其特点是还有一台程序控制计算机和一台由数字电位器构成的偏转调节装置，所述的数字电位器接受所述的程序控制计算机的数字信号，调节自身阻抗，调节的电压加载到偏转线圈组上，对电子束产生偏转作用。本发明能对电子束偏转移动进行全数字化的精准调节并精确控制蒸发时间，整个设备在速度、精度和可靠性上大大提高，也大大提高了智能化程度。
文档编号C23C14/54GK1876889SQ200610028628
公开日2006年12月13日 申请日期2006年7月5日 优先权日2006年7月5日
发明者周婧, 郭世海, 易葵 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所