一种光学膜厚监控系统的制作方法

本实用新型涉及真空镀膜技术领域，尤其是一种光学膜厚监控系统。

背景技术：

膜厚监控技术是真空光学镀膜领域的关键技术之一。目前，两种常见的膜厚监控方法是光学监控方法和石英晶体振动膜厚监控方法。光学监控方法在高精度光学镀膜中应用较为广泛，这种方法利用镀膜过程中光学监控片上薄膜的光学厚度变化获得基板上所镀薄膜的物理厚度信息。光学监控系统通常包括光源、监控片、受光透镜、光纤、分光器、探测器和数据处理系统等。光源发出的光束首先入射到监控片，此入射光束经由监控片后，进入受光透镜，并经由光纤至分光器，光束信号经分光器分光后进入探测器和数据处理系统。经过监控片的光束信号携带有监控片上薄膜的厚度信息，从而达到检测薄膜厚度的目的。

在光学监控系统中，监控片可以放置在真空镀膜室的中心回转附近，也可置于镀膜伞架之上。其中前者的配置方式为间接光学监控方式，后者为直接光学监控方式。在直接光学监控方式中，监控片直接位于镀膜基片所在的镀膜伞架上，监控系统更能反映镀膜实际情况。光学监控系统的监控片可为单点型，即在一个镀膜过程中，所有的膜层均镀在同一个监控片的同一位置。实际应用中，在镀制较厚的多层光学薄膜时，随着监控片上膜层厚度的增加，单点型光学监控系统的有可能因累积误差而影响镀膜精度。为解决此问题，就需要在镀膜伞架上设置包含多个监控点的监控片，并可以在镀膜过程中，根据镀膜需要及时和精确地控制监控片上工作监控点的更换。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供一种光学膜厚监控系统。该光学膜厚监控系统中，多点监控片旋转装置在旋转驱动装置的施压下驱动多点监控片转动，实现暴露在监控片保护罩开口区域处的监控点位的切换。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种光学膜厚监控系统，设置于真空镀膜室，包括光源、多点监控片装置、受光装置和数据处理装置，所述真空镀膜室的内部设置有可以旋转的镀膜伞架，所述光源固定于所述镀膜伞架的下方，所述光源发出的光信号可经由所述多点监控片装置进入所述受光装置，所述受光装置再将所述光信号传递给所述数据处理装置进行光电转换和数据处理，

所述多点监控片装置包括多点监控片、监控片保护罩、多点监控片旋转装置和旋转驱动装置，所述多点监控片上具有若干监控点位，所述监控片保护罩在所述光源与所述受光装置的连线之上设置有两个开口，所述开口的大小满足只允许一个所述监控点位暴露在所述开口的区域内，

所述多点监控片、所述监控片保护罩和所述多点监控片旋转装置设置于所述镀膜伞架，所述旋转驱动装置设置于所述多点监控片旋转装置正上方并固定在所述真空镀膜室上，所述旋转驱动装置可进行直线往复运动以施压所述多点监控片旋转装置，所述多点监控片旋转装置在所述旋转驱动装置的施压下驱动所述多点监控片转动，实现暴露在所述开口区域处的所述监控点位的切换。

所述旋转驱动装置的一次直线往复运动对所述监控片旋转装置进行一次施压，实现暴露在所述开口区域处的所述监控点的一次切换。

所述多点监控片旋转装置包括上齿轮、下齿轮、弹簧和外壳；

所述多点监控片旋转装置通过所述外壳固定在所述监控片保护罩上，所述上齿轮、所述下齿轮以及所述弹簧均设置在所述外壳内部，在所述外壳的内侧面均布有竖条状凸起，所述上齿轮的上端面用于直接接受所述旋转驱动装置的压力，所述上齿轮的下端面呈棘齿状，所述上齿轮的外侧面均布有竖条状凹槽，所述外壳的竖条状凸起可置于所述上齿轮的竖条状凹槽内，并且，所述上齿轮可通过所述竖条状凹槽以所述外壳的竖条状凸起为导向而上下运动， 所述下齿轮的上端面呈棘齿状；

所述上齿轮和所述下齿轮的棘齿齿数，以及所述上齿轮的竖条状凹槽数和所述外壳的竖条状凸起数均与所述监控点位的数量对应，所述上齿轮的棘齿与所述下齿轮的棘齿可相互啮合，并可在外部驱动下互为导向，发生相对转动；

所述下齿轮的下部呈杆状，所述下齿轮的下部杆端与所述多点监控片连接，所述下齿轮的杆部外围安装所述弹簧，所述下齿轮杆部设置限位横杆，当所述下齿轮被按压时，所述限位横杆可使所述弹簧处于压缩状态。

所述镀膜伞架的下方设置有膜厚补正板，所述光源设置于所述膜厚补正板。

在所述监控片保护罩上设置有信号检测点，所述信号检测点正上方设置有信号检测装置，所述信号检测装置接收所述信号检测点的信号，所述信号检测装置连接控制所述旋转驱动装置的动作。

所述旋转驱动装置包括驱动头和驱动汽缸，所述驱动头在所述驱动气缸的驱动下进行直线往复运动并施压于所述多点监控片旋转装置。

所述受光装置为受光透镜和光纤，所述光纤连接所述受光透镜，所述受光透镜设置于所述开口的上方。

所述数据处理装置包括单色仪、光电探测器和数据处理器，所述单色仪对所述受光装置所传递的光信号进行处理，所述光电探测器将经处理的光信号转化为电信号，所述数据处理器接收处理电信号。

本实用新型的优点是：可实现在同一个镀膜过程中更换监控片的位置，而不必将监控片取出。

附图说明

图1是光学膜厚监控系统示意图；

图2是多点监控片旋转装置侧面示意图（未按压状态）；

图3是多点监控片旋转装置截面示意图（未按压状态）；

图4是多点监控片旋转装置侧面示意图（按压旋转状态）。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中1-25分别表示为：光源1、补正板2、补正板驱动机构3、真空腔室4、多点监控片5、镀膜伞架6、监控片保护罩7、 监控点位8、受光透镜9、光纤10、多点监控片旋转装置11、驱动头12、驱动头驱动汽缸13、信号检测点14、信号检测装置15、中心回转机构16、上齿轮17、下齿轮18、弹簧19、外壳20、竖条状凸起21、竖条状凹槽22、棘齿23、下齿轮杆部24、限位横杆25。

实施例：如图1所示，光学膜厚监控系统设置于真空腔室4，包括光源1、多点监控片装置、受光装置和数据处理装置。多点监控片装置包括多点监控片5、监控片保护罩7、多点监控片旋转装置11和旋转驱动装置；旋转驱动装置包括驱动头12和驱动头驱动汽缸13。受光装置包括受光透镜9和光纤10。数据处理装置（图中未显示）包括单色仪、光电探测器和数据处理器。

光源1固定在补正板2上，补正板2通过补正板驱动机构3固定在真空腔室4的一侧内壁上。光源1上方为多点监控片5，多点监控片5设置于镀膜伞架6上，多点监控片5上具有若干监控点位8。多点监控片5外设置有监控片保护罩7，监控片保护罩7上设置有一通孔，使得多点监控片5上的某个监控点8位正好位于光源1上方，通孔的大小满足只允许一个监控点位8暴露在开口区域。监控点位8的上方为受光透镜9，受光透镜9通过光纤10到达单色仪、光电探测器和数据处理器。光源1所发出的光束首先通过监控保护罩7上的通孔入射到多点监控片5，此入射光束经由多点监控片5后，进入受光透镜9，并经由光纤10至单色仪，光束信号经单色仪分光后进入光电探测器，光电探测器将光信号转换为电信号后传输至数据处理器。经过监控片的光束信号携带有多点监控片5上薄膜的厚度信息，数据处理器可对薄膜的厚度信息进行处理分析，从而达到检测薄膜厚度的目的。

多点监控片5上方连接有多点监控片旋转装置11，多点监控片旋转装置11上方设置有驱动头12，驱动头12在驱动汽缸13的作用下可上下移动。驱动头12和驱动汽缸13设置于真空腔室4的顶部。当驱动头12向下运动至多点监控片旋转装置11的上端时，可向下施压多点监控片旋转装置11的上端，多点监控片旋转装置11可将此下行的运动转化为多点监控片5的旋转运动，从而使得多点监控片5暴露在监控片保护罩7开口区域的监控点位8发生变化，即完成在监控片保护罩7上的通孔位置处的监控点位8的切换。监控片保护罩7上还设置有信号检测点14，信号检测点14上方设置有信号检测装置15，用于光学膜厚监控系统进行监控片旋转前的检测定位。

如图2-4所示，多点监控片旋转装置11包括上齿轮17、下齿轮18、弹簧19和外壳20。多点监控片旋转装置11通过外壳20固定在监控片保护罩7上，外壳20内侧面有周期性竖条状凸起22，上齿轮17的上端面用于直接接受驱动头12的压力，上齿轮17的下端面为棘齿23，上齿轮17的外侧面有周期性竖条状凹槽21，外壳20的竖条状凸起22可置于上齿轮17的竖条状凹槽21内时，上齿轮17可以外壳20的竖条状凸起22为导向而上下运动，下齿轮18的上端面为棘齿23，上齿轮17和下齿轮18的棘齿23周期数，以及上齿轮17的竖条状凹槽21数和外壳20的竖条状凸起22数均与多点监控片5的点数（监控点位8的数量）对应，上齿轮17的棘齿23与下齿轮18的棘齿23可相互啮合，并可在外部驱动下互为导向，连续啮合。下齿轮18的下部呈杆状为下齿轮杆部24，下齿轮杆部24与多点监控片5连接，下齿轮杆部24安装弹簧19，下齿轮杆部24设置限位横杆25，当下齿轮18被按压时，限位横杆25可使弹簧19处于压缩状态。

在镀膜过程中，多点监控片5、监控片保护罩7、多点监控片旋转装置11等将随着镀膜伞架6在中心回转机构16的作用下旋转。当需要更换多点监控片5的监控点位8时，信号检测点14将向信号检测装置15发出信号，信号检测装置15将根据预先设定的判定原则来确定是否将旋转指令发送给驱动汽缸13。

如图2-3所示，在接收运动指令前，多点监控片旋转装置11的外壳20的竖条状凸起22置于上齿轮17的竖条状凹槽21内，上齿轮17的棘齿23与下齿轮18的棘齿23相互啮合，外壳20的竖条状凸起22的末端与下齿轮18的棘齿23亦相互啮合，下齿轮杆部24的弹簧19处于自然状态。

驱动汽缸13接收到运动指令后，驱动头12在驱动汽缸13的作用下向下按压多点监控片旋转装置11的上齿轮17的上端面，上齿轮17以外壳20的竖条状凸起22为导向而向下运动，下齿轮杆部24的弹簧19逐渐进入压缩状态。如图4所示，当外壳20的竖条状凸起22的末端与下齿轮18的棘齿23不再啮合时，在压缩弹簧19的弹力作用下，外壳20的竖条状凸起22将以下齿轮18的棘齿23为导向，促使下齿轮18沿导向方向发生旋转，直至运动到外壳20的竖条状凸起22的末端与下齿轮18的棘齿23相互啮合的初始状态。这样就完成了下齿轮18以及多点监控片5的旋转，此时下齿轮18的转动幅度满足于监控点位8之间的切换，即下齿轮18的一次旋转实现监控点位8的一次切换。由于多点监控片旋转装置11的外壳20的竖条状凸起22置于上齿轮17的竖条状凹槽21内，上齿轮17在整个过程中只发生上下移动，而不发生转动。

虽然上述实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，如：多点监控片旋转装置的具体结构和驱动方式、 光学膜厚监控系统具体配置和在真空镀膜室的固定方式，等等，故在此不一一赘述。