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大塚電子（蘇州）有限公司 2023-02-09 點(diǎn)擊661次
1.開(kāi)頭
近年來(lái)，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(cè)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(shí)，波的波峰到波峰或波谷到波谷的距離稱為波長(zhǎng)（圖1）。我們通?？吹降年?yáng)光和熒光燈包含各種波長(zhǎng)的光。
（圖1）
光根據(jù)波長(zhǎng)分類如下（圖1）。波長(zhǎng)在380 nm和780 nm之間的光稱為可見(jiàn)光。顧名思義，就是人眼可以識(shí)別的光，從最短的波長(zhǎng)來(lái)看是紫、靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅。我們看到的物體的顏色是由可見(jiàn)光各個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度平衡決定的。波長(zhǎng)小于380 nm的光稱為紫外光，波長(zhǎng)大于780 nm的光稱為紅外光，人眼無(wú)法察覺(jué)。
(2) 分光的定義和分光的例子
分光是將包含各種波長(zhǎng)的光分離成波長(zhǎng)分量。分光的一個(gè)例子是棱鏡（圖2）。棱鏡使用由于棱鏡內(nèi)的波長(zhǎng)而產(chǎn)生的折射率差異來(lái)分離光。隨著波長(zhǎng)變短，折射率增加，并且光彎曲的角度（折射角）增加。由于這個(gè)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(cè)光由光纖接收并引導(dǎo)至檢測(cè)器。進(jìn)入檢測(cè)器的光照射到光柵（衍射光柵）上并分離成各個(gè)波長(zhǎng)分量。由單行光電探測(cè)器檢測(cè)每個(gè)波長(zhǎng)分量的光譜色散光。
（圖3）
光柵是在其表面刻有多個(gè)凹槽的光學(xué)元件，如果波長(zhǎng)為λ的光以角度i入射到光柵上，它會(huì)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(duì)于衍射光柵表面的法線在同一側(cè)，則符號(hào)為正，如果它們?cè)诓煌瑐?cè)，則符號(hào)為負(fù)。光柵的分光利用光的波長(zhǎng)引起的衍射角的差異。
(4) 從分光計(jì)測(cè)可以獲取的信息
以下是通過(guò)分光測(cè)量可以獲取信息的說(shuō)明。
1.分光透過(guò)率通過(guò)測(cè)量物體被光照射時(shí)通過(guò)物體的光量，可以知道物體的透射波長(zhǎng)特性。
2.分光反射率通過(guò)測(cè)量物體受光照射時(shí)物體表面反射的光，可以知道材料的反射波長(zhǎng)特性。
3.膜厚當(dāng)用光照射涂有薄膜的基板時(shí)，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(shí)，當(dāng)R1和R2的波峰重疊時(shí)，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(shí)，光被抵消了。結(jié)果，光譜反射率隨波長(zhǎng)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(cè)量薄膜的膜厚。
（圖4）
4. 偏光（極化、延遲）
自然光，如陽(yáng)光或燈光，會(huì)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(gè)方向振蕩的光中僅提取沿特定方向振蕩的光。
通過(guò)使用偏光子，可以測(cè)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(dòng)的波的速度不同。結(jié)果，使在進(jìn)入膠片之前對(duì)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(zhǎng)分布，所以相位差也有波長(zhǎng)分布。
通過(guò)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(lái)進(jìn)行相位差（延遲）測(cè)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(zhǎng)、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(cè)量結(jié)果中測(cè)量相位延遲。
5.物體色 (透過(guò)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(guò)使用基于JIS標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)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(gè)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(jì)測(cè)光學(xué)系
有幾種類型的光學(xué)系統(tǒng)用于分光計(jì)測(cè)。此處介紹這些光學(xué)系統(tǒng)（圖7）。
（圖7）
(1) 透過(guò)率計(jì)測(cè)
用于透射率測(cè)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(cè)量的系統(tǒng)。另一個(gè)系統(tǒng)，使用積分球來(lái)測(cè)量透過(guò)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(jì)測(cè)
用于反射率測(cè)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(cè)量垂直反射的光。其中，有將樣品放置在樣品臺(tái)上，待測(cè)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(cè)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(cè)量的系統(tǒng)。通過(guò)改變照射角度和測(cè)量角度進(jìn)行測(cè)量，可以知道樣品反射率的角度依賴性。
4.inline在線分光計(jì)測(cè)系統(tǒng)
我們提供使用光譜儀的在線分光測(cè)量系統(tǒng)。以下是單體型、走查型和光纖開(kāi)關(guān)型的介紹。
(1) 單體型（圖8）
（圖8）
單體型是不使用光纖開(kāi)關(guān)或走查裝置的測(cè)量系統(tǒng)，例如透過(guò)單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)和使用兩個(gè)光源并使用快門(mén)機(jī)構(gòu)在測(cè)量點(diǎn)之間切換的反射測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)組合，各種測(cè)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(gè)導(dǎo)軌裝置上下配置進(jìn)行透射率測(cè)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(duì)于反射率測(cè)量，一根Y型光纖放置在一個(gè)導(dǎo)軌裝置上。沿樣品寬度移動(dòng)并在任意點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。
走查型可任意設(shè)定測(cè)量位置和測(cè)量點(diǎn)數(shù)，可自由進(jìn)行測(cè)量。此外，光強(qiáng)強(qiáng)，測(cè)量時(shí)間短。
(3) 光纖開(kāi)關(guān)型 (圖10)
（圖10）
在光纖開(kāi)關(guān)型中，來(lái)自光源的光由多分支光纖分束。在透射率測(cè)量的情況下，樣品被來(lái)自投光光纖的光照射，透射光被面對(duì)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(kāi)關(guān)，被檢測(cè)器檢測(cè)到。另一方面，在反射率測(cè)量中，Y 型光纖用于照射樣品并接收來(lái)自樣品的反射光。接收到的光進(jìn)入光纖開(kāi)關(guān)，并被檢測(cè)器檢測(cè)到。在任何一種情況下，都可以通過(guò)使用光纖開(kāi)關(guān)更改要測(cè)量的點(diǎn)來(lái)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)。
光纖開(kāi)關(guān)型無(wú)可動(dòng)部位，因此可用于真空腔內(nèi)測(cè)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(jì)測(cè)例
通過(guò)組合系統(tǒng)（單機(jī)、走查、光纖開(kāi)關(guān)）、測(cè)量方法（透射、反射）和測(cè)量項(xiàng)目（透射率、反射率、膜厚、相位延遲、顏色等），可以組成各種測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行在線分光測(cè)量。以下是一些測(cè)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(cè)器、光源、PC、不間斷電源等組成，這些設(shè)備被安置在一個(gè)收納柜里。測(cè)量項(xiàng)目包括指定點(diǎn)的反射率（光譜、數(shù)字值、趨勢(shì)）和膜厚（數(shù)字值、趨勢(shì)）等。
(2) 單體型：相位延遲3點(diǎn)計(jì)測(cè)型（圖11）
（圖11）
相位延遲3點(diǎn)測(cè)量型由檢測(cè)器、帶快門(mén)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(gè)測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)用快門(mén)控制三個(gè)光源對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。此外，由于偏光棱鏡是可拆卸的，因此通常的透射率測(cè)量也是可能的。測(cè)量項(xiàng)目包括透射率（光譜、最大值和最小值及其波長(zhǎng)數(shù)字值和趨勢(shì)）、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(cè)量系統(tǒng)RE-100（圖12）。該系統(tǒng)可以同時(shí)高速測(cè)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(cè)量對(duì)象。
（圖12）
(3) 走查型：透過(guò)型
走查型系統(tǒng)由檢測(cè)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(cè)量點(diǎn)可任意設(shè)置，測(cè)量項(xiàng)目包括透射率（光譜、數(shù)字值、趨勢(shì)）、透射顏色（數(shù)字值、趨勢(shì)）等。
(4) 光纖開(kāi)關(guān)型：3點(diǎn)反射型 (圖13)
（圖13）
光纖開(kāi)關(guān)型系統(tǒng)由檢測(cè)器、光纖開(kāi)關(guān)、光源、PC等組成，設(shè)備收納在收納柜中。這是一個(gè)3點(diǎn)測(cè)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(cè)量項(xiàng)目包括反射率（光譜、數(shù)字值、趨勢(shì)）、膜厚（數(shù)字值、趨勢(shì)）、反射顏色（數(shù)字值、趨勢(shì)）等。
迄今為止介紹的系統(tǒng)測(cè)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(jì)測(cè)軟件
作為測(cè)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(cè)量屏幕（圖14）。測(cè)量畫(huà)面由反射光譜、膜厚/指定波長(zhǎng)的反射數(shù)值、趨勢(shì)圖等組成。每個(gè)屏幕的布局和大小都可以自由更改。
我們?yōu)槊靠顪y(cè)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(jì)測(cè)軟件。
（圖14）
6.結(jié)語(yǔ)
分光測(cè)量對(duì)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(cè)量系統(tǒng)是有效的。通過(guò)提供在線分光測(cè)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)。