專利名稱：一種用于光譜設(shè)備的光束精確校準(zhǔn)輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)儀器校準(zhǔn)輔助裝置，特別是反射式光譜設(shè)備檢測(cè)前的光強(qiáng)校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
目前，各類光譜設(shè)備成為各類光學(xué)性能檢測(cè)重要手段之一，這些檢測(cè)設(shè)備包含傅里葉變換光譜儀、橢偏儀等。它們都是由光源、分光設(shè)備、探測(cè)器等幾個(gè)部分構(gòu)成。反射式光譜設(shè)備基本原理如圖1所示，光束經(jīng)過光源和分束器之后，與被檢測(cè)樣品作用之后進(jìn)入到探測(cè)器中。檢測(cè)前后光強(qiáng)變化為數(shù)據(jù)檢測(cè)的依據(jù)。圖1中光路2的檢測(cè)器響應(yīng)與光束覆蓋圖示由圖2給出。通常情況下，入射光束光斑形狀不可能與探測(cè)器光闌完全重合，此外樣品的大小和厚度均會(huì)對(duì)入射光束光斑與探測(cè)器光闌重合度造成影響，因此需要在每次使用前進(jìn)行準(zhǔn)直，盡量保證檢測(cè)器響應(yīng)相應(yīng)最大化。各類檢測(cè)器響應(yīng)與光束覆蓋探測(cè)器探頭面積有關(guān)，光束覆蓋檢測(cè)器上面積越大，則檢測(cè)器所響應(yīng)的光強(qiáng)越大，測(cè)試準(zhǔn)確度越高。而現(xiàn)今某些光譜設(shè)備日益趨向集成化、小型化，導(dǎo)致光源與檢測(cè)器之間有效距離(圖1中光路2)過短，人眼和手動(dòng)校準(zhǔn)操作時(shí)產(chǎn)生的準(zhǔn)確度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)上的不足，提供了 一種用于提高光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)準(zhǔn)確度輔助裝置。用于保證各種光路情況下，不改變?nèi)肷涔馐膫鞑シ较?，僅僅改變光束傳播的光程。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下光譜檢測(cè)設(shè)備精密校準(zhǔn)輔助裝置，包含第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，一個(gè)位于水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上的反射鏡支撐裝置。特點(diǎn)在于其構(gòu)成是所述的第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)平行放置，作為整個(gè)光學(xué)裝置的支撐裝置。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)采用螺母安裝在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)在高度調(diào)整機(jī)構(gòu)上下可調(diào)，用于適應(yīng)不同光路高度位置。在所述第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上平行放置反射鏡支撐裝置，作為整個(gè)反射鏡組的支撐。反射鏡支撐裝置采用螺母安裝在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上，并且可沿水平調(diào)整架一維前后滑動(dòng)，用于適應(yīng)不同光路的水平位置。在所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置上依次放置第一反射鏡，第二反射鏡，第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別固定于光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)端面左右兩側(cè)。第一反射鏡、第二反射鏡分別安裝在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，并可以在O到360度之間隨著反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)改變角度。在所述第一反射鏡、第二反射鏡之間固定放置光程調(diào)節(jié)滑軌，第三反射鏡。光程調(diào)節(jié)滑軌位于第一反射鏡和第二反射鏡正中間位置，并與第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)平行。第三反射鏡鏡面垂直于光程調(diào)節(jié)滑軌放置，并可沿光程調(diào)節(jié)滑軌一維前后滑動(dòng)。所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡組成V形折疊光路，用于保證出射光束與入射光束的傳播方向一致，且光束傳播的光程可調(diào)。利用上述的光譜設(shè)備光路精確校準(zhǔn)輔助裝置對(duì)光譜設(shè)備校準(zhǔn)，包括下列步驟①調(diào)整光學(xué)裝置高度位置調(diào)整所述的第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)上的高度，保證入射光束和第一反射鏡的中心位置
高度一致。②調(diào)整光學(xué)裝置水平位置調(diào)整所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)上的水平位置，保證入射光束和第一反射鏡的水平中心位置一致。③通過調(diào)整第三反射鏡在光程調(diào)節(jié)滑軌上的位置，獲得所需的光程。④通過轉(zhuǎn)動(dòng)所述第一反射鏡角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，保證入射光束正對(duì)第一反射鏡正中心位置，同時(shí)確保在第一反射鏡上的反射光線正對(duì)第三反射鏡正中心位置。轉(zhuǎn)動(dòng)第二反射鏡角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，確保在第二反射鏡上的出射光線與入射光束方向一致。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明提出了一種解決現(xiàn)有光譜設(shè)備光程過短，導(dǎo)致光束在和探測(cè)器準(zhǔn)直的過程調(diào)準(zhǔn)過程準(zhǔn)確度低的問題。假設(shè)在設(shè)備所能達(dá)到最理想狀態(tài)下，現(xiàn)有光束光斑與探測(cè)器探頭重合度存在O.1mm的偏差，而某些光譜設(shè)備的樣品位置到探測(cè)器探頭之間為15-20cm距離，經(jīng)過計(jì)算，在手動(dòng)調(diào)整端可容忍偏離將會(huì)是在O. 2_。如果采用本發(fā)明的裝置校準(zhǔn)，調(diào)整第三反射鏡在光程調(diào)節(jié)滑軌上的位置，使得樣品位置到探測(cè)器探頭之間光程距離為100cm，在手動(dòng)調(diào)整端可容忍偏離將會(huì)放大到1mm。


圖1是反射式光譜檢測(cè)設(shè)備基本原理圖。圖2是檢測(cè)器響應(yīng)與光束覆蓋示意圖。圖3是反射式光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是橢偏設(shè)備上光束校準(zhǔn)裝置本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但是不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖3，圖3反射式光譜設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖3可見，本發(fā)明反射式光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，包含第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)1，第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2和第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11，一個(gè)位于水平調(diào)整架上的反射鏡支撐裝置9。其構(gòu)成是所述的第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2平行放置，作為整個(gè)光學(xué)裝置的支撐。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11采用螺母固定在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2左右。第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10、第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)1、第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上下位置可調(diào)，用于適應(yīng)不同光路高度位置。反射鏡支撐裝置9采用螺母固定在水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，11上，并可以在水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，11所處平面上一維直線移動(dòng)。在所述光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置9上依次放置第一反射鏡3，第二反射鏡5，第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6，第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7。第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7分別固定于光學(xué)裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I端面左右兩側(cè)。第一反射鏡3、第二反射鏡5分別安裝在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6，第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上，并可以在O到360角度之間旋轉(zhuǎn)。在所述第一反射鏡3、第二反射鏡5之間固定放置光程調(diào)節(jié)滑軌8，第三反射鏡4。光程調(diào)節(jié)滑軌8位于第一反射鏡3和第二反射鏡4正中間位置，并與第一水平調(diào)整架13、第二水平調(diào)整架14平行，構(gòu)成V形對(duì)稱結(jié)構(gòu)折疊光路(見虛線框)。第三反射鏡4鏡面垂直于光程調(diào)節(jié)滑軌8放置，并可沿光程調(diào)節(jié)滑軌8 一維前后位置滑動(dòng)。入射光束12入射到第一反射鏡3上，調(diào)整第一反射鏡3在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6上的角度，保證第一反射鏡3上的出射光束13正對(duì)第三反射鏡4的正中心位置。調(diào)整第二反射鏡5在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上的角度，保證第三反射鏡4上的出射光束14經(jīng)第二反射鏡5反射后,反射光15與入射光束10方向一致。請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，是用于反射光譜型橢偏儀光路校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4中12為橢偏儀光源，采用疝燈光源可輸出光譜范圍為300nm到2500nm，14為橢偏儀探測(cè)器。橢偏儀光源發(fā)出光束15經(jīng)過樣品13表面反射后,產(chǎn)生反射光光束16。圖4中，第一反射鏡3、第二反射鏡5、第三反射鏡4對(duì)光譜范圍300nm到2500nm的光束高反射，可采用鍍制金屬銀薄膜來實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調(diào)節(jié)反射鏡支撐裝置9在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16 —致，此時(shí)反射光束16正對(duì)第一反射鏡3中心位置入射。調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置，獲得相應(yīng)光程。轉(zhuǎn)動(dòng)第一反射鏡3在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的角度，使得反射光17正對(duì)第三反射鏡4中心位置入射。光束18入射到第二反射鏡5上，轉(zhuǎn)動(dòng)第二反射鏡5在第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。該實(shí)施例測(cè)試待測(cè)樣品為氧化硅單層薄膜，樣品采用電子束蒸發(fā)鍍制，制備的薄膜厚度為800nm左右，沉積速率為2nm/s。使用過程下面具體描述該校準(zhǔn)裝置的實(shí)際使用過程。首先把待測(cè)樣品放置在橢偏儀自帶的樣品臺(tái)13上，該樣品臺(tái)13可以進(jìn)行俯仰調(diào)節(jié)。通過計(jì)算機(jī)控制橢偏儀光源12輸出500nm波長(zhǎng)的校準(zhǔn)光束15，光束15作用到樣品上，獲得反射光光束16。在沒有增加光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置的情況下，反射光16將直接進(jìn)入到探測(cè)器14中。此時(shí)可手動(dòng)調(diào)整樣品臺(tái)13的俯仰角度來調(diào)節(jié)反射光束16與探測(cè)器14光斑重合度。探測(cè)器相應(yīng)光強(qiáng)為最大時(shí)，代表反射光束16進(jìn)入到探測(cè)器內(nèi)部光斑最大，此時(shí)的反射光束16從樣品表面到探測(cè)器的光程大約為20cm。計(jì)算機(jī)上讀取相應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)光強(qiáng)大小為4. 12。在樣品臺(tái)13和探測(cè)器14之間增加光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)輔助裝置。調(diào)節(jié)第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11在第一高度調(diào)整機(jī)構(gòu)I和第二高度調(diào)整機(jī)構(gòu)2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調(diào)節(jié)反射鏡支撐裝置9在第一水平調(diào)整機(jī)構(gòu)10，第二水平調(diào)整機(jī)構(gòu)11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16一致，此時(shí)反射光束16正對(duì)第一反射鏡3中心位置入射。調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置，使得第三反射鏡4與第一反射鏡3距離為50cm，獲得光程大約為100cm。轉(zhuǎn)動(dòng)第一反射鏡3的角度在第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6的角度，使得反射光17正對(duì)第三反射鏡4中心位置入射，轉(zhuǎn)動(dòng)第二反射鏡5的角度在第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。此時(shí)反射光束19將沿用入射光束16方向進(jìn)入到探測(cè)器中。手動(dòng)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)13的俯仰位置，保證探測(cè)器上相應(yīng)光強(qiáng)達(dá)到最大，即反射光束19光斑與到探測(cè)器14內(nèi)部重合度最大，此時(shí)計(jì)算機(jī)上讀取相應(yīng)光強(qiáng)為4. 38。校準(zhǔn)完成后，取下光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，開始進(jìn)行相應(yīng)的橢偏測(cè)量。校準(zhǔn)結(jié)果通過采用光譜檢測(cè)設(shè)備光束校準(zhǔn)裝置，使得反射光16到探測(cè)器14之間實(shí)際光程從20-30cm左右提高到100cm。在手工調(diào)節(jié)的樣品臺(tái)13俯仰位置校準(zhǔn)時(shí)，可容忍的調(diào)整偏差將會(huì)放大5倍，獲得光強(qiáng)提升8%左右。通過調(diào)節(jié)第三反射鏡4在光程調(diào)節(jié)滑軌8上的位置可以進(jìn)一步放大可容忍調(diào)整偏差，達(dá)到進(jìn)一步精確校準(zhǔn)的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，包括第一豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(I)，第二豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2)，第一水平方向調(diào)整機(jī)構(gòu)(10)，第二水平方向上調(diào)整機(jī)構(gòu)(11)和用于放置整個(gè)反射鏡光路元件和滑軌的反射鏡支撐裝置(9)，其特征在于在所述第一豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(I)和第二豎直方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(2 )上垂直放置第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11 )，其上下高度位置可調(diào)，以滿足不同光路高度位置調(diào)整的需要；在所述第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11)上放置所述反射鏡支撐裝置 (9),所述反射鏡支撐裝置(9)在第一水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(10)和第二水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(11)上水平位置可調(diào)，以滿足不同光路水平位置調(diào)整需要；在所述反射鏡支撐裝置(9 )上放置第三反射鏡(4 )和光程調(diào)節(jié)滑軌(8 )，用于獲得不同校準(zhǔn)光程需要；放置第一反射鏡(3 )、第二反射鏡(5 )、第一反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6 )、第二反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)，滿足不同光路入射后，不改變光束傳播方向輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于所述2 個(gè)反射鏡(3，5)為角度可旋轉(zhuǎn)反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于所述3 個(gè)反射鏡(3，4，5)位置為V型對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，組成光束調(diào)整機(jī)構(gòu)，滿足不改變光束傳播方向的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，其特征在于所述反射鏡(4)具有沿光程調(diào)節(jié)滑軌(8) —維方向移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，滿足光程可變需要。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光譜設(shè)備光束精確校準(zhǔn)的輔助裝置，它由一個(gè)能適應(yīng)多種光路的空間調(diào)整機(jī)構(gòu)和反射鏡支撐裝置組成空間位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，由兩塊可旋轉(zhuǎn)角度反射鏡和一塊可變光程固定角度反射鏡組成V型光路調(diào)整機(jī)構(gòu)。該裝置能保證不改變?cè)饴穫鞑シ较颍黾訕悠繁砻娣瓷涔獾竭_(dá)探測(cè)器之間的光程，從而提高光譜設(shè)備光路校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01N21/21GK103018175SQ20121050630
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者周明, 劉定權(quán), 蔡清元, 張莉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所