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大塚電子（蘇州）有限公司 2023-02-09 點(diǎn)擊776次
1.開頭
近年來,，在平板顯示器、包裝用薄膜,、光學(xué)薄膜等領(lǐng)域出現(xiàn)了各種各樣的產(chǎn)品,，特別是在這些產(chǎn)品中，光學(xué)特性成為最重要的特性之一,。
我們提供用于產(chǎn)品質(zhì)量控制的分光測量系統(tǒng),，本文介紹這些系統(tǒng)。
2.什么是分光
(1) 光特性
光具有粒子和波的特性,。當(dāng)光以波表示時，波的波峰到波峰或波谷到波谷的距離稱為波長（圖1）,。我們通?？吹降年柟夂蜔晒鉄舭鞣N波長的光。
（圖1）
光根據(jù)波長分類如下（圖1）,。波長在380 nm和780 nm之間的光稱為可見光,。顧名思義，就是人眼可以識別的光,，從最短的波長來看是紫,、靛、藍(lán),、綠,、黃、橙,、紅,。我們看到的物體的顏色是由可見光各個波長的強(qiáng)度平衡決定的。波長小于380 nm的光稱為紫外光,，波長大于780 nm的光稱為紅外光,，人眼無法察覺。
(2) 分光的定義和分光的例子
分光是將包含各種波長的光分離成波長分量,。分光的一個例子是棱鏡（圖2）,。棱鏡使用由于棱鏡內(nèi)的波長而產(chǎn)生的折射率差異來分離光。隨著波長變短,，折射率增加,，并且光彎曲的角度（折射角）增加。由于這個折射角的不同,，光被分散了,。
(3)光譜儀
我司的光譜儀以不同于棱鏡的方式分散光（圖3）。首先,，待測光由光纖接收并引導(dǎo)至檢測器,。進(jìn)入檢測器的光照射到光柵（衍射光柵）上并分離成各個波長分量,。由單行光電探測器檢測每個波長分量的光譜色散光。
（圖3）
光柵是在其表面刻有多個凹槽的光學(xué)元件,，如果波長為λ的光以角度i入射到光柵上,，它會在角度θ的方向上發(fā)生衍射。
mλ＝d(sin i±sinθ) (m：次數(shù),、d：凹槽間距)
成立(圖3),。如果入射光和衍射光相對于衍射光柵表面的法線在同一側(cè)，則符號為正,，如果它們在不同側(cè),，則符號為負(fù)。光柵的分光利用光的波長引起的衍射角的差異,。
(4) 從分光計測可以獲取的信息
以下是通過分光測量可以獲取信息的說明,。
1.分光透過率通過測量物體被光照射時通過物體的光量，可以知道物體的透射波長特性,。
2.分光反射率通過測量物體受光照射時物體表面反射的光,，可以知道材料的反射波長特性。
3.膜厚當(dāng)用光照射涂有薄膜的基板時,，薄膜表面的反射光（R1）和薄膜/基板界面的反射光（R2）（圖4）,。此時，當(dāng)R1和R2的波峰重疊時,，光線相互加強(qiáng),。
另一方面，當(dāng) R1 和 R2 的波峰和波谷重疊時,，光被抵消了,。結(jié)果，光譜反射率隨波長變化并形成波,。這樣的波形稱為干涉波形,。這種干涉波形的形狀取決于材料的折射率和薄膜的膜厚，呈現(xiàn)出獨(dú)特的波形,。因此,，如果材料的折射率已知，則可以測量薄膜的膜厚,。
（圖4）
4. 偏光（極化,、延遲）
自然光，如陽光或燈光,，會在不同的方向上振蕩,。偏光子是一種光學(xué)元件，它可以從沿各個方向振蕩的光中僅提取沿特定方向振蕩的光。
通過使用偏光子,，可以測量相位差膜的相位差（圖5）,。
（圖5）
相位差膜是在x軸方向和y軸方向具有不同折射率的膜，導(dǎo)致膜中在x軸和y軸上振動的波的速度不同,。結(jié)果,，使在進(jìn)入膠片之前對齊的光產(chǎn)生異相。這種異相偏差稱為相位差（δ）,。
δ＝2πΔnd/λ (Δn：折射率差,、d：薄膜的厚度)
成立。折射率差(Δn)與膜厚(d)的乘積(Δnd)稱為相位差,，因?yàn)棣有波長分布,，所以相位差也有波長分布。
通過將入射光和透射光的偏振器布置成它們的透射軸垂直,，并在它們之間放置相位膜來進(jìn)行相位差（延遲）測量,。透射光偏光子在透射軸方向上的強(qiáng)度根據(jù)薄膜的相位延遲而變化。由于相位差（延遲）的大小由光的波長,、折射率的差異和薄膜的厚度決定，因此可以從光譜透射率的測量結(jié)果中測量相位延遲,。
5.物體色 (透過色,、反射色)
根據(jù)分光透射率或分光反射率光譜數(shù)據(jù)，通過使用基于JIS標(biāo)準(zhǔn)的計算方法以數(shù)值方式表示顏色,，可以知道物體的透射或反射顏色,。一個例子是 Y,x,y 顏色系統(tǒng)（圖 6）。Y值表示亮度,，x和y值表示顏色,。
（圖6）
3.分光計測光學(xué)系
有幾種類型的光學(xué)系統(tǒng)用于分光計測。此處介紹這些光學(xué)系統(tǒng)（圖7）,。
（圖7）
(1) 透過率計測
用于透射率測量的光學(xué)系統(tǒng),，是將樣品放在發(fā)光光纖和光接收光纖之間進(jìn)行測量的系統(tǒng)。另一個系統(tǒng),，使用積分球來測量透過樣品的所有光,。積分球是內(nèi)表面涂有高反射和漫射材料（如硫酸鋇）的球體。
(2) 反射率（膜厚）計測
用于反射率測量的光學(xué)系統(tǒng),，使用集成了投光光纖和光接收光纖的Y型光纖,，將光垂直入射樣品表面并測量垂直反射的光。其中,，有將樣品放置在樣品臺上,，待測面朝下，從下方照射光線的類型,，還有一種將樣品放置在待測面朝上,，光線照射的類型,。從上方照射。另外,，還有改變角度進(jìn)行測量的系統(tǒng),。通過改變照射角度和測量角度進(jìn)行測量，可以知道樣品反射率的角度依賴性,。
4.inline在線分光計測系統(tǒng)
我們提供使用光譜儀的在線分光測量系統(tǒng),。以下是單體型、走查型和光纖開關(guān)型的介紹,。
(1) 單體型（圖8）
（圖8）
單體型是不使用光纖開關(guān)或走查裝置的測量系統(tǒng),，例如透過單點(diǎn)測量系統(tǒng)和使用兩個光源并使用快門機(jī)構(gòu)在測量點(diǎn)之間切換的反射測量系統(tǒng)。根據(jù)組合,，各種測量系統(tǒng)都是可能的,。
(2) 走查型（圖9）
（圖9）
在走查型中，將兩個導(dǎo)軌裝置上下配置進(jìn)行透射率測量,，并安裝投光光纖和接收光纖,。積分球可以安裝在光接收側(cè)。另一方面,，對于反射率測量,，一根Y型光纖放置在一個導(dǎo)軌裝置上。沿樣品寬度移動并在任意點(diǎn)進(jìn)行測量,。
走查型可任意設(shè)定測量位置和測量點(diǎn)數(shù),，可自由進(jìn)行測量。此外,，光強(qiáng)強(qiáng),，測量時間短。
(3) 光纖開關(guān)型 (圖10)
（圖10）
在光纖開關(guān)型中,，來自光源的光由多分支光纖分束,。在透射率測量的情況下，樣品被來自投光光纖的光照射,，透射光被面對它的接收光纖接收,。積分球也可以安裝在光接收側(cè)。透射光進(jìn)入光纖開關(guān),，被檢測器檢測到,。另一方面，在反射率測量中,，Y 型光纖用于照射樣品并接收來自樣品的反射光,。接收到的光進(jìn)入光纖開關(guān)，并被檢測器檢測到。在任何一種情況下,，都可以通過使用光纖開關(guān)更改要測量的點(diǎn)來測量多個點(diǎn),。
光纖開關(guān)型無可動部位，因此可用于真空腔內(nèi)測量,。它還具有節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn),，可以安裝在各種不同的位置。
5.計測例
通過組合系統(tǒng)（單機(jī),、走查,、光纖開關(guān)）、測量方法（透射,、反射）和測量項目（透射率,、反射率、膜厚,、相位延遲,、顏色等），可以組成各種測量系統(tǒng)進(jìn)行在線分光測量,。以下是一些測量系統(tǒng)示例介紹,。
(1) 單體型：1點(diǎn)反射型
該系統(tǒng)由探測器、光源,、PC,、不間斷電源等組成，這些設(shè)備被安置在一個收納柜里,。測量項目包括指定點(diǎn)的反射率（光譜、數(shù)字值,、趨勢）和膜厚（數(shù)字值,、趨勢）等。
(2) 單體型：相位延遲3點(diǎn)計測型（圖11）
（圖11）
相位延遲3點(diǎn)測量型由檢測器,、帶快門的光源,、PC、偏光光學(xué)系統(tǒng)等組成,，PC以外的所有部件都存放在收納柜里,。有3個測量點(diǎn)，通過用快門控制三個光源對每個點(diǎn)進(jìn)行測量,。此外,，由于偏光棱鏡是可拆卸的，因此通常的透射率測量也是可能的,。測量項目包括透射率（光譜,、最大值和最小值及其波長數(shù)字值和趨勢）、相位延遲數(shù)字值。
除了本次介紹的系統(tǒng)外,，還有采用光子晶體偏振器陣列CCD模塊的在線延遲測量系統(tǒng)RE-100（圖12）,。該系統(tǒng)可以同時高速測量小延遲樣品的延遲和主軸取向。相位差片（相位差,、主軸方位角）,、偏光片（透射軸角）等是測量對象。
（圖12）
(3) 走查型：透過型
走查型系統(tǒng)由檢測器,、光源,、PC、導(dǎo)軌系統(tǒng)等構(gòu)成,。導(dǎo)軌系統(tǒng)以外的設(shè)備被收納在收納柜里,。測量點(diǎn)可任意設(shè)置，測量項目包括透射率（光譜,、數(shù)字值,、趨勢）、透射顏色（數(shù)字值,、趨勢）等,。
(4) 光纖開關(guān)型：3點(diǎn)反射型 (圖13)
（圖13）
光纖開關(guān)型系統(tǒng)由檢測器、光纖開關(guān),、光源,、PC等組成，設(shè)備收納在收納柜中,。這是一個3點(diǎn)測量的示例,。光纖從光源直接進(jìn)入切換器，用于檢查光源的光強(qiáng)變化,。測量項目包括反射率（光譜,、數(shù)字值、趨勢）,、膜厚（數(shù)字值,、趨勢）、反射顏色（數(shù)字值,、趨勢）等,。
迄今為止介紹的系統(tǒng)測量的樣品包括AR（減反射）膜、LR（低反射）膜,、偏光膜,、延遲膜、封裝膜,、玻璃基板上的涂膜等,。
(5) 計測軟件
作為測量軟件的示例,，我們介紹了使用切換器類型的AR膜的3點(diǎn)膜厚度測量屏幕（圖14）。測量畫面由反射光譜,、膜厚/指定波長的反射數(shù)值,、趨勢圖等組成。每個屏幕的布局和大小都可以自由更改,。
我們?yōu)槊靠顪y量系統(tǒng)定制了軟件,，可以與系統(tǒng)一起提供滿足客戶要求的計測軟件。
（圖14）
6.結(jié)語
分光測量對于控制薄膜和玻璃的光學(xué)特性是必不可少的,，本文介紹的測量系統(tǒng)是有效的,。通過提供在線分光測量系統(tǒng)，我們希望為質(zhì)量控制和產(chǎn)量提高做出貢獻(xiàn),，并滿足新的需求,。
如您需要進(jìn)一步了解，歡迎致電與我們?nèi)〉寐?lián)絡(luò),。