CN117450941B - 透明样品多点厚度监测方法、终端设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明样品多点厚度监测方法、终端设备及介质，该方法包括：控制光纤光源发射的照明信号经由Y型光纤和阵列透镜探头，对待测样品进行照射；控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度。本发明能够实现高效且低成本的样品厚度多点测量。
Description
技术领域
本发明涉及产品检测技术领域，尤其涉及一种透明样品多点厚度监测方法、终端设备及计算机可读存储介质。
背景技术
目前薄膜厚度检测方法有射线技术、近红外技术、光谱干涉技术、椭圆偏振技术等。
为了测量薄膜厚度均匀性，可以控制多台设备利用上述方式在薄膜表面的多个位置点分别测量薄膜厚度。
但是此种薄膜厚度测量方式，测量成本高且测量效率低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种透明样品多点厚度监测方法、终端设备及计算机可读存储介质，旨在实现高效且低成本的样品厚度多点测量。
为实现上述目的，本发明提供一种透明样品多点厚度监测方法，所述透明样品多点厚度监测方法应用于透明样品多点厚度监测***，所述透明样品多点厚度监测***包括：待测样品、Y型光纤、分别连接所述Y型光纤的阵列透镜探头、光纤光源和阵列多通道光谱检测模块；
所述透明样品多点厚度监测方法，包括：
控制所述光纤光源发射的照明信号经由所述Y型光纤和所述阵列透镜探头，对所述待测样品进行多点照射；
控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；
根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度。
可选地，所述确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据的步骤，包括：
将所述多通道光谱干涉数据进行分离，得到各通道的光谱干涉数据；
通过预设的通道号标识，对所述各通道的光谱干涉数据进行标记，得到各通道的原始光谱干涉数据；
对所述原始光谱干涉数据执行一维高斯滤波以及二元线性拟合，得到所述原始光谱干涉数据中的背景噪声曲线，并将所述背景噪声曲线从所述原始光谱干涉数据中去除，以消除所述原始光谱干涉数据中的噪声数据，得到各通道的目标光谱干涉数据。
可选地，所述根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度的步骤，包括：
获取所述目标光谱干涉数据处于预设波长范围内多组相邻的波峰位置和波谷位置，其中，所述预设波长范围基于所述目标光谱干涉数据的信背度确定；
根据所述多组相邻的波峰位置和波谷位置，获取所述待测样品的样品厚度。
可选地，所述根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度的步骤，包括：
将各通道的目标光谱干涉数据中的波长-光谱强度曲线进行数据结构变换，得到波数-光谱强度曲线；
获取所述波数-光谱强度曲线的波长周期，并根据所述波长周期，获取各通道对应的样品厚度值；
确定多个所述样品厚度值的均方根值，作为所述待测样品的样品厚度。
可选地，所述阵列多通道光谱检测模块包括从上至下依次固定的阵列光纤接口、狭缝和光谱仪；所述阵列光纤接口分别连接所述Y型光纤和所述狭缝。
可选地，所述光纤光源包括：连续谱光源以及光源收集单元，其中，所述光源收集单元与所述Y型光纤连接，用于收集所述连续谱光源的照明信号。
可选地，所述光源收集单元包括：光纤耦合接口、连接所述Y型光纤的双光纤耦合连接器、连接所述双光纤耦合连接器与所述光纤耦合接口的一分多Y型光纤。
可选地，所述光源收集单元包括：多通道透镜光纤耦合器，所述多通道透镜光纤耦合器与所述Y型光纤连接。
为实现上述目的，本发明还提供一种终端设备，所述终端设备包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的透明样品多点厚度监测程序，所述透明样品多点厚度监测程序被所述处理器执行时实现如上所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有透明样品多点厚度监测程序，所述透明样品多点厚度监测程序被处理器执行时实现如上所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
本发明提供一种透明样品多点厚度监测方法、终端设备、计算机可读存储介质以及计算机程序产品，通过控制所述光纤光源发射的照明信号经由所述Y型光纤和所述阵列透镜探头，对所述待测样品进行多点照射；控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度。
相比于现有技术中利用多台设备分别在样品多点进行厚度测量的方式，在本发明中可以控制光纤光源，通过阵列透镜探头，对待测样品进行多点照射，进而，可以通过阵列多通道光谱检测模块，采集多通道光谱干涉数据，获取该多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据，以利用该目标光谱干涉数据计算待测样品厚度。可见，在本发明中可以直接利用阵列透镜探头对样品进行多点照射，并通过阵列多通道光谱检测模块采集样品表面反射的多通道光谱干涉数据，实现样品多点同时进行测量，无需多台设备分别对样品进行测试，保证了样品均一性，在提高样本测试效率的同时，也提高了样品厚度测量精度，并且极大程度上降低了多点膜厚监测成本。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；
图2为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的样品检测***第一示意图；
图3为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的光谱干涉原理示意图；
图4为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的第一流程示意图；
图5为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的光谱干涉测量结果示意图；
图6为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的光谱干涉数据示意图；
图7为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的第二流程示意图；
图8为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的扣减背景噪声曲线后的光谱干涉数据示意图；
图9为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的光谱干涉数据区间选择示意图；
图10为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的数据结构变换后的光谱干涉数据示意图；
图11为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的样品检测***第二示意图；
图12为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的样品检测***第三示意图；
图13为本发明透明样品多点厚度监测方法一实施例的样品检测***第四示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
本发明实施例的终端设备可以是智能手机、计算机、服务器和其它网络设备等，本实施例中的终端设备可用于实现样品多点厚度同时监测。
如图1所示，该终端设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对透明样品多点厚度监测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作、网络通信模块、用户接口模块以及透明样品多点厚度监测程序。操作是管理和控制设备硬件和软件资源的程序，支持透明样品多点厚度监测程序以及其它软件或程序的运行。在图1所示的设备中，用户接口1003主要用于与客户端进行数据通信；网络接口1004主要用于与服务器建立通信连接；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的透明样品多点厚度监测程序，并执行以下操作：
控制所述光纤光源发射的照明信号经由所述Y型光纤和所述阵列透镜探头，对所述待测样品进行多点照射；
控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；
根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度。
进一步地，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的透明样品多点厚度监测程序，并执行以下操作：
将所述多通道光谱干涉数据进行分离，得到各通道的光谱干涉数据；
通过预设的通道号标识，对所述各通道的光谱干涉数据进行标记，得到各通道的原始光谱干涉数据；
对所述原始光谱干涉数据执行一维高斯滤波以及二元线性拟合，得到所述原始光谱干涉数据中的背景噪声曲线，并将所述背景噪声曲线从所述原始光谱干涉数据中去除，以消除所述原始光谱干涉数据中的噪声数据，得到各通道的目标光谱干涉数据。
进一步地，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的透明样品多点厚度监测程序，并执行以下操作：
获取所述目标光谱干涉数据处于预设波长范围内多组相邻的波峰位置和波谷位置，其中，所述预设波长范围基于所述目标光谱干涉数据的信背度确定；
根据所述多组相邻的波峰位置和波谷位置，获取所述待测样品的样品厚度。
进一步地，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的透明样品多点厚度监测程序，并执行以下操作：
将各通道的目标光谱干涉数据中的波长-光谱强度曲线进行数据结构变换，得到波数-光谱强度曲线；
获取所述波数-光谱强度曲线的波长周期，并根据所述波长周期，获取各通道对应的样品厚度值；
确定多个所述样品厚度值的均方根值，作为所述待测样品的样品厚度。
进一步地，所述阵列多通道光谱检测模块包括从上至下依次固定的阵列光纤接口、狭缝和光谱仪；所述阵列光纤接口分别连接所述Y型光纤和所述狭缝。
进一步地，所述光纤光源包括：连续谱光源以及光源收集单元，其中，所述光源收集单元与所述Y型光纤连接，用于收集所述连续谱光源的照明信号。
进一步地，所述光源收集单元包括：光纤耦合接口、连接所述Y型光纤的双光纤耦合连接器、连接所述双光纤耦合连接器与所述光纤耦合接口的一分多Y型光纤。
进一步地，所述光源收集单元包括：多通道透镜光纤耦合器，所述多通道透镜光纤耦合器与所述Y型光纤连接。
根据上述背景技术说明，目前薄膜厚度检测方法有射线技术、近红外技术、光谱干涉技术、椭圆偏振技术等。射线测厚技术采用放射性同位素原理，根据使用的放射源不同，分为β射线、X射线和γ射线几种形式，这种方法性能稳定、精度高、受电磁干扰小，缺点在于射线源具有放射性，会对操作者人身造成伤害，另外放射源需要定期更换，费用昂贵。近红外测厚技术是利用不同物质对近红外波段(1.3μm～3.0μm)光线的吸收特性连续测量物质厚度，借助自身特点，可进行单层薄膜厚度、多层薄膜总厚度及各层厚度测量，且近红外光为电磁波，无放射性，操作安全。光谱干涉技术是利用光的干涉原理，通过解析反射光谱强弱变化规律的波形条纹得到厚度信息，这种方法操作简单，可测多层膜厚，但测试膜厚上限受光谱仪分辨率限制。椭圆偏振技术是通过分析反射光偏振性质相对于入射光的改变，来计算薄膜厚度，精度较高，但往往只能测量几微米以下厚度的薄膜。
上述技术均可以实现薄膜厚度在线监测，但是由于其成本昂贵，若部署多台设备实现多点膜厚监测(约30-100个点同步监测)并评估薄膜均一性，代价太高，耗资甚巨。
因此，本发明提出一种透明样品多点厚度监测***及方法，解决了薄膜生产线中多点膜厚在线监测和均一性评估难题，一套***可同步监测5-10个点的膜厚变化，在保证膜厚检测精度的同时，极大降低了多点膜厚监测成本，具有较大产业应用前景。
如图2所示，本发明中的透明样品多点厚度监测***包括：待测样品1(本发明中的待测样品可以为待测透明薄膜)、阵列透镜探头2、Y型光纤3、光纤光源4、阵列多通道光谱检测模块9、供电模块7和计算机8。
其中，阵列透镜探头2可按需求放置，测量不同位置的薄膜厚度，当薄膜位于阵列透镜探头2两倍焦距附近，膜厚测量效果最佳；阵列透镜探头2通过Y型光纤分别与光纤光源4和阵列多通道光谱检测模块9连接；光纤光源4可以包括光源阵列光纤接口5和连续谱光源6，不同阵列光纤接口到连续谱光源的距离相同，从而保证不同通道照明光强度接近；阵列多通道光谱检测模块9包括阵列光纤接口10、微透镜阵列11、狭缝12和光谱仪13，每个阵列光纤接口10对应微透镜阵列11中的一个微透镜，使得待测薄膜表面(包括上表面和下表面)的多通道光谱干涉信号以线阵排列方式会聚，通过狭缝12进入光谱仪13。
光谱仪13采用的光电探测器为面阵相机，面阵相机两个维度分别对应狭缝位置和光谱波长。
供电模块7用于光纤光源4、光谱仪13和计算机8的供电；计算机8用于光纤光源4的开关控制、光谱仪13的数据采集、光谱干涉数据的计算处理和膜厚的均匀性分析。
Y型光纤3为石英光纤，未经镀膜处理，从而避免光路发生其他薄膜干涉，干扰测量结果；连续谱光源6的发光波长覆盖可见光-短波红外波段，如卤钨灯等卤素灯光源；微透镜阵列11的数值孔径与光谱仪F数相匹配，微透镜焦平面位于狭缝12上，调节狭缝12的狭缝宽度可提高光谱分辨率。
在此基础上，本发明中上述设备的具体参数，可以包括：
本发明中待测样品可以为聚酰亚胺薄膜，折射率为1.89，标称厚度约为12.5μm；阵列透镜探头的透镜材质可以为K9玻璃(直径为10mm，焦距为40mm)；Y型光纤可以为纤芯直径200μm的未镀膜石英多模光纤，透过波长为380nm-2100nm。
光纤光源包括光源阵列光纤接口和连续谱光源，光源阵列光纤接口为机械加工的半径50mm环形排列的SMA光纤耦合接口；连续谱光源为卤钨灯光源，发射波长为360-2500nm。
供电模块可以为2.5KW、220V稳压供电电源。
计算机可以为windows10***、i5-10500系列CPU、带四个RS232接口、2个网口、6个USB接口的工控机。
在阵列多通道光谱检测模块中，阵列光纤接口可以为机械加工的线性排列光纤定制接口，单个接口直径为1.5mm，相邻接口中心距离为2mm，阵列光纤接口总长等于狭缝长度；微透镜阵列为6个直径为2mm，焦距为10mm的微透镜，微透镜毗邻安装，形成微透镜阵列，微透镜阵列总长等于狭缝长度；狭缝长度为12mm；狭缝宽度可手动或电动调整，从而调整通光量，并影响光谱分辨率。
光谱仪结构为传统CT型光谱仪结构，传感器为面阵相机14；面阵相机14的像素尺寸为1024×1024，相机积分时间为1ms-1min可调。
在本发明中，按上述结构连接阵列透镜探头、Y型光纤、光纤光源、阵列多通道光谱检测模块、供电模块和计算机，然后依次启动供电模块、计算机、光纤光源和阵列多通道光谱检测模块，通过计算机控制光谱仪收集多通道光谱干涉信号，采集时间可以为10ms。
在本发明中，阵列透镜探头中透镜到与Y型光纤接口的距离为两倍透镜焦距，即80mm。
待测的薄膜到阵列透镜探头中透镜的距离可适当变化(比如在40-120mm)，但值得注意的是，在该距离为80mm时，检测薄膜的待检测区域最小，效果最佳。
另外，在本发明中，如图3所示，待测的薄膜通常放置在基底15上，基底15为不透明黑色塑料板；在实际薄膜生产线中，基底15可以是透明玻璃等材料。
基于上述透明样品多点厚度监测***，本发明提出了一种透明样品多点厚度监测方法。在本发明的各个实施例中，将省略各模块和设备的数字标识，比如，将狭缝12简称为狭缝等。并以薄膜作为待测样品为例，对薄膜厚度测量方式进行详细阐述。
参照图4，图4为本发明透明样品多点厚度监测方法第一实施例的流程示意图。
本发明实施例提供了透明样品多点厚度监测方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
步骤S10，控制所述光纤光源发射的照明信号经由所述Y型光纤和所述阵列透镜探头，对所述待测样品进行多点照射；
在本实施例中，如图2所示，计算机可以控制光纤光源的开关状态，使得光纤光源发射的照明信号经由Y型光纤和阵列透镜探头，对待测样品(比如待测薄膜)进行多点照射。
在一实施例中，在控制光纤光源照射待测样品之前，安装阵列透镜探头至待测样品的待检测区域，即，待测样品可以距离阵列透镜探头中的阵列透镜的二倍焦距附近，以提升检测效果。进而，如图2所示，连接阵列透镜探头、Y型光纤、光纤光源、阵列多通道光谱检测模块、供电模块以及计算机，并在连接后，启动供电模块、计算机、光纤光源和阵列多通道光谱检测模块，通过计算机控制阵列多通道光谱检测模块收集多通道光谱干涉信号，而采集时间约1-50ms。
步骤S20，控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；
步骤S30，根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度。
值得注意的是，在本实施例中，如图3所示，由于光的折射和薄膜具有一定厚度，入射光经薄膜上下表面反射的光线发生微小偏移，两束反射光将发生干涉，其光程差L与薄膜厚度d的关系为
其中，θ1为入射角，θ2为折射角，d为薄膜厚度，n1和n2分别为薄膜和基底的折射率，而当光程差是波长的整数倍或半整数倍时，即
此种情况下将出现明暗变化的干涉现象，如图5所示，图中有6道干涉条纹，分别对应6通道膜厚干涉测量信号。
并且，在本发明中，由于阵列透镜探头的透镜焦距较长，光源近乎垂直入射，即入射角θ1≈0，此时可将上述两式简化为
在此基础上，假定光谱干涉信号中相邻两个波峰位置λ1与波谷位置λ2，代入上述公式联解得到薄膜厚度
因此，在本实施例中，计算机可以控制阵列多通道光谱检测模块，采集待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并在采集到该多通道光谱干涉数据后，获取该多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据。
进而，根据该目标光谱干涉数据，计算待测样品的样品厚度。
比如，根据上述说明，计算机可以计算该目标光谱干涉数据对应的波峰位置与波谷位置，进而基于该波峰位置与波谷位置，计算样品厚度。
在本实施例中，计算机可以控制光纤光源的开关状态，使得光纤光源发射的照明信号经由Y型光纤和阵列透镜探头，对待测薄膜进行照射。计算机可以控制阵列多通道光谱检测模块，采集待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并在采集到该多通道光谱干涉数据后，获取该多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据。进而，根据该目标光谱干涉数据，计算待测样品的样品厚度。
相比于现有技术中利用多台设备分别在样品多点进行厚度测量的方式，在本发明中可以控制光纤光源，通过阵列透镜探头，对待测样品进行多点照射，进而，可以通过阵列多通道光谱检测模块，采集多通道光谱干涉数据，获取该多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据，以利用该目标光谱干涉数据计算待测样品厚度。可见，在本发明中可以直接利用阵列透镜探头对样品进行多点照射，并通过阵列多通道光谱检测模块采集样品表面反射的多通道光谱干涉数据，无需多台设备分别对样品进行测试，保证了样品均一性，并在提高样品厚度测量精度的同时，也极大降低了多点膜厚监测成本，具有较大产业应用前景。
进一步地，基于本发明透明样品多点厚度监测方法的第一实施例，提出本发明透明样品多点厚度监测方法的第二实施例。
在本实施例中，上述步骤S20中，“确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据”，可以包括：
步骤S201，并将所述多通道光谱干涉数据进行分离，得到各通道的干涉数据；
步骤S202，通过预设的通道号标识，对所述各通道的干涉数据进行标记，得到各通道的原始光谱干涉数据；
步骤S203，对所述原始光谱干涉数据执行一维高斯滤波以及二元线性拟合，得到所述原始光谱干涉数据中的背景噪声曲线，并将所述背景噪声曲线从所述原始光谱干涉数据中去除，以消除所述原始光谱干涉数据中的噪声数据，得到各通道的目标光谱干涉数据。
可以理解的是，获得的多通道光谱干涉数据受到发光光源调制，多通道光谱干涉数据的光谱如图6所示，可见，该干涉数据除了具有明暗变化的干涉特征，不同波长的整体光谱强度也有较大区别。此时，若是直接通过直接寻找相邻波峰位置和波谷位置，计算的薄膜厚度偏差较大，比如，500-650nm区间波峰波谷位置存在偏向波长较大的趋势、700-900nm区间波峰波谷位置存在偏向波长较小的趋势。此外，噪声的存在也对波峰波谷位置寻找存在较大影响。
因此，为了排除上述干扰，实现更为精准的薄膜厚度测量，计算机在获取到光谱仪探测的多通道光谱干涉数据后，如图7所示，可以执行以下操作：
1)将获取的多通道光谱干涉数据彼此分离，得到各通道的干涉数据；
2)利用通道号标识i，对各通道的干涉数据进行标记，得到各通道的原始光谱干涉数据；
3)当通道号标识小于或等于总通道数6时，对不同通道数据进行处理：提取当前i通道的原始光谱干涉数据data0(i)；对data0(i)进行一维高斯滤波得到data1(i)；再对data1(i)进行二元线性拟合，得到背景噪声曲线back_data(i)；扣减背景噪声曲线得到各通道的目标光谱干涉数据data2(i)，该目标光谱干涉数据的波长-光谱强度曲线，如图8所示。
因此，在本实施例中，在获取到光谱仪采集的多通道光谱干涉数据后，可以对其进行上述一系列预处理操作，得到各通道的目标光谱干涉数据，以利用该目标光谱干涉数据进行后续的薄膜后续测量操作，避免发光光源调制对薄膜厚度测量所带来的负面影响，提升测量精度。
进一步地，上述步骤S30中，“根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度”，可以包括：
步骤S301，获取所述目标光谱干涉数据处于预设波长范围内的多组相邻的波峰位置和波谷位置，其中，所述预设波长范围基于所述目标光谱干涉数据的信背度确定；
步骤S302，根据多个相邻的波峰位置和波谷位置，计算各通道对应的样品厚度均值；
步骤S303，计算多个所述样品厚度均值的均方根值，得到所述待测样品的样品厚度。
在本实施例中，在利用连续光源对薄膜的多个点位处进行照射，并得到各通道的目标光谱干涉数据后，可以根据该目标光谱干涉数据，计算薄膜的厚度。
具体地，例如，执行以下操作：
针对各通道的目标光谱干涉数据，如图9所示，在目标光谱干涉数据中信背度较高的中间波长区域570-840nm(即本实施例中的预设波长范围)内的进行寻峰寻谷，得到多组相邻的波峰位置和波谷位置；
针对各组相邻的波峰位置和波谷位置，将该波峰位置和波谷位置代入公式计算对应的薄膜厚度，进而计算得到多个薄膜厚度的均值(即本实施例中的样品厚度均值，该样品厚度均值为当前通道所测得的薄膜厚度)。
通过上述操作，可以获取各个通道测得的待测样品的多个点位处的薄膜后厚度。
进而，可以计算上述多个样品厚度均值的均方根值，得到最终的薄膜厚度(即本实施例中待测样品的样品厚度)。
在本实施例中，上述样品厚度测量时间可以不超过5ms。
因此，在本实施例中，能够利用透明样品多点厚度监测***，同时对待测样品的多个点位处的厚度进行测量，既提升了薄膜厚度测量效率，也提高厚度测量精度，同时也节省了测量成本，并且通过均方根求解的方式，确定薄膜厚度，保证了薄膜厚度的均匀性。
进一步地，上述步骤S30中，“根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度”，可以包括：
步骤S304，将各通道的目标光谱干涉数据中的波长-光谱强度曲线进行数据结构变换，得到新的目标光谱干涉数据的波数-光谱强度曲线；
步骤S305，获取所述波数-光谱强度曲线的波长周期，并根据所述波长周期，计算各通道对应的样品厚度值；
步骤S306，计算多个通道对应的样品厚度值的均方根值，作为待测样品的样品厚度。
在本实施例中，除了上述基于波峰位置和波谷位置的薄膜厚度测量方式，还可以根据光谱周期计算薄膜厚度。
具体地，例如：
计算机在获取到上述目标光谱干涉数据data2(i)后，针对各通道的目标光谱干涉数据data2(i)，可以对该目标光谱干涉数据data2(i)中的波长-光谱强度曲线进行数据结构变换，得到包含[波数，光谱强度]的新的目标光谱干涉数据data3(i)的波数-光谱强度曲线，在该图中，波数为波长的倒数，该波数-光谱强度曲线如图9所示。
从图10可以看出，data3(i)的波数-光谱强度曲线呈现相同周期变换，因此可以通过频域变换直接得到光谱周期
将上述光谱周期T1/λ代入计算得到当前通道的薄膜厚度。
通过上述操作，可以得到多个通道测得的薄膜厚度。
进而，计算多个薄膜厚度的均方根值，待测样品的样品厚度。
因此，基于光谱周期的薄膜厚度计算方式，无需寻找各通道目标光谱干涉数据的波峰位置和波谷位置，相比于上述波峰位置的薄膜厚度计算方式，此种基于光谱周期的薄膜厚度计算方式大幅度提升了薄膜厚度的测量效率。
在本实施例中，在获取到光谱仪采集的多通道光谱干涉数据后，可以对其进行上述一系列预处理操作，得到各通道的目标光谱干涉数据，以利用该目标光谱干涉数据进行后续的薄膜后续测量操作，避免发光光源调制对薄膜厚度测量所带来的负面影响，提升测量精度。并且，在本实施例能够利用透明样品多点厚度监测***，同时对待测样品的多个点位处的厚度进行测量，既提升了薄膜厚度测量效率，也提高厚度测量精度，同时也节省了测量成本，并且通过均方根求解的方式，确定薄膜厚度，保证了薄膜厚度的均匀性。除此之外，本实施例还提出了基于光谱周期的薄膜厚度计算方式，无需寻找各通道目标光谱干涉数据的波峰位置和波谷位置，相比于上述波峰位置的薄膜厚度计算方式，此种基于光谱周期的薄膜厚度计算方式大幅度提升了薄膜厚度的测量效率。
进一步地，基于本发明透明样品多点厚度监测方法的第一实施例和第二实施例，提出本发明透明样品多点厚度监测的第三实施例。
在本实施例中，所述阵列多通道光谱检测模块包括从上至下依次放置的阵列光纤接口、狭缝和光谱仪；所述阵列光纤接口分别连接所述Y型光纤和所述狭缝。
在本实施例中，如图11所示，相比于上述实施例图2中的阵列多通道光谱检测模块，本实施例中的阵列多通道光谱检测模块包括从上至下依次放置的阵列光纤接口、狭缝和光谱仪，减少了微透镜阵列。
阵列光纤接口直接与狭缝12相连，且阵列光纤接口10尽可能接近狭缝12，因此，本实施例保证信号检测强度，并且整体结构较为简单，更易实现。
阵列光纤接口10排列方向与狭缝12的长边完全吻合。
在本实施例中，狭缝宽度可以约等于光纤直径(200μm)，此时光谱干涉信号强度最佳(虽然光谱分辨率有所下降)。并且，考虑到减小狭缝宽度，会降低光谱干涉信号强度，增强光谱分辨率，但可以通过增加光谱积分时间提高光谱干涉信号强度。因此在保证薄膜厚度在线监测速度的前提下，本实施例可以通过减小狭缝宽度、增加光谱积分时间的方式获得最佳的光谱干涉数据，提高薄膜后续的计算准确性。
进一步地，基于本发明透明样品多点厚度监测方法的第一实施例、第二实施例、第三实施例，提出本发明透明样品多点厚度监测的第四实施例。
在本实施例中，所述光纤光源包括：连续谱光源以及光源收集单元，其中，所述光源收集单元与所述Y型光纤连接，用于收集所述连续谱光源的照明信号。
根据上述实施例的说明，如图2所示，光纤光源4包括：连续谱光源6以及光源收集单元，其中，光源收集单元可以包括光源阵列光纤接口5，用于连续谱光源的照明信号，并通过Y型光纤3传输至阵列透镜探头2对待测样品进行照射。
进一步地，所述光源收集单元包括：双光纤耦合连接器、与所述连续谱光源连接的光纤耦合接口、连接所述双光纤耦合连接器与所述光纤耦合接口的一分多Y型光纤。
在本实施例中，如图12所示，减少了上述光源阵列光纤接口5，增加了双光纤耦合连接器16、一分多Y型光纤17、光纤耦合接口18。
其中，本实施例中双光纤耦合连接器16用以实现两端光纤的连接；一分多Y型光纤17的其中一端分别连接至不同通道的双光纤耦合连接器16，另一端连接光纤耦合接口18；光纤耦合接口18用于收集连续谱光源6的照明信号。本实施例简化了光纤光源结构。使得结构较为简单，且光源利用率更高。
值得注意的是，在本实施例中，一分多Y型光纤17的纤芯直径应小于Y型光纤3的纤芯直径，从而保证光信号的高效率传输。
在另一实施例中，连续谱光源6和光纤耦合接口18可更换为带标准光纤耦合接口的卤素灯光源，双光纤耦合连接器16也可采用商用标准产品，从而降低***生产制造成本。
进一步地，所述光源收集单元包括：多通道透镜光纤耦合器，所述多通道透镜光纤耦合器与所述Y型光纤连接。
在本实施例中，如图13所示，相比于图2中光纤光源4，图13中的光纤光源4减少了光源阵列光纤接口5，增加了多通道透镜光纤耦合器19。
本实施例通过多通道透镜光纤耦合器19提高连续谱光源6收集进Y型光纤3的效率，提高照明光强，从而可减小光谱仪13的积分时间，实现更快速的光谱干涉数据采集，进一步提高薄膜厚度在线监测的效率。
根据上述第一实施例至第四实施例，本发明采用同一连续谱光源作为照明光源，采用同一光谱仪同步收集多点膜厚光谱干涉测量信号，检测速度在毫秒级，解决了多点膜厚在线监测和膜厚均匀性检测的技术难题；本发明中阵列透镜探头、光纤光源、阵列多通道光谱检测模块之间均采用光纤连接，因此阵列透镜探头的活动范围很广，可按实际需求布置在薄膜生产线中；本发明中阵列透镜探头到薄膜的最优工作距离为2倍透镜焦距，实际工作距离可位于2倍透镜焦距±50％内，因此阵列透镜探头的使用安装十分方便；本发明中光纤光源的实现方式除了连续谱光源和光源阵列光纤接口组合方式，还有连续谱光源和多通道透镜光纤耦合器的方式，该组合方式可提高照明光强，从而可减小光谱仪的积分时间，实现更快速的光谱干涉数据采集；还有连续谱光源和一分多Y型光纤及双光纤耦合连接器的方式，该组合方式可采用商用标准产品连接，从而降低***生产制造成本；阵列多通道光谱检测模块包括阵列光纤接口、微透镜阵列、狭缝和光谱仪，其中微透镜阵列用于匹配光谱仪F数，并匹配更小狭缝宽度，提高光谱分辨率，进而提高膜厚检测精度；去掉微透镜阵列，直接将阵列光纤接口安装在狭缝上，操作简单，且也能实现多点膜厚测量，但需匹配更大狭缝宽度，会降低光谱分辨率和膜厚检测精度；本发明中还提供了两种薄膜厚度计算方式，大幅提高膜厚计算速度。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有透明样品多点厚度监测程序，所述透明样品多点厚度监测程序被处理器执行时实现如下所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
本发明透明样品多点厚度监测设备和计算机可读存储介质各实施例，均可参照本发明透明样品多点厚度监测方法各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是智能手机、计算机、服务器和其它网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种透明样品多点厚度监测方法，其特征在于，所述透明样品多点厚度监测方法应用于透明样品多点厚度监测***，所述透明样品多点厚度监测***包括：待测样品、Y型光纤、分别连接所述Y型光纤的阵列透镜探头、光纤光源和阵列多通道光谱检测模块，所述阵列多通道光谱检测模块包括阵列光纤接口、微透镜阵列、狭缝和光谱仪，各所述阵列光纤接口对应所述微透镜阵列中的各个微透镜，以使多通道光谱干涉信号以线阵排列方式会聚，通过所述狭缝进入所述光谱仪；
或者，所述阵列多通道光谱检测模块包括从上至下依次固定的阵列光纤接口、狭缝和光谱仪；所述阵列光纤接口分别连接所述Y型光纤和所述狭缝；
所述光纤光源包括：连续谱光源以及光源收集单元，其中，所述光源收集单元与所述Y型光纤连接，用于收集所述连续谱光源的照明信号；
所述光源收集单元包括：光纤耦合接口、连接所述Y型光纤的双光纤耦合连接器、连接所述双光纤耦合连接器与所述光纤耦合接口的一分多Y型光纤；
或者，所述光源收集单元包括：多通道透镜光纤耦合器，所述多通道透镜光纤耦合器与所述Y型光纤连接；
所述透明样品多点厚度监测方法，包括：
控制所述光纤光源发射的照明信号经由所述Y型光纤和所述阵列透镜探头，对所述待测样品进行多点照射；
控制所述阵列多通道光谱检测模块，采集所述待测样品表面反射的多通道光谱干涉数据，并确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据；
根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度；
所述确定所述多通道光谱干涉数据对应的目标光谱干涉数据的步骤，包括：
将所述多通道光谱干涉数据进行分离，得到各通道的光谱干涉数据；
通过预设的通道号标识，对所述各通道的光谱干涉数据进行标记，得到各通道的原始光谱干涉数据；
对所述原始光谱干涉数据执行一维高斯滤波以及二元线性拟合，得到所述原始光谱干涉数据中的背景噪声曲线，并将所述背景噪声曲线从所述原始光谱干涉数据中去除，以消除所述原始光谱干涉数据中的噪声数据，得到各通道的目标光谱干涉数据；
所述根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度的步骤，包括：
获取所述目标光谱干涉数据处于预设波长范围内多组相邻的波峰位置和波谷位置，其中，所述预设波长范围基于所述目标光谱干涉数据的信背度确定；
根据所述多组相邻的波峰位置和波谷位置，获取所述待测样品的样品厚度；
所述根据所述多组相邻的波峰位置和波谷位置，获取所述待测样品的样品厚度的步骤包括：
根据所述多组相邻的波峰位置和波谷位置，计算各通道对应的样品厚度均值；
计算多个所述样品厚度均值的均方根值，得到所述待测样品的样品厚度；
或者，所述根据所述目标光谱干涉数据，获取所述待测样品的样品厚度的步骤，包括：
将各通道的目标光谱干涉数据中的波长-光谱强度曲线进行数据结构变换，得到波数-光谱强度曲线；
获取所述波数-光谱强度曲线的波长周期，并根据所述波长周期，获取各通道对应的样品厚度值；
确定多个所述样品厚度值的均方根值，作为所述待测样品的样品厚度。
2.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的透明样品多点厚度监测程序，所述透明样品多点厚度监测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有透明样品多点厚度监测程序，所述透明样品多点厚度监测程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的透明样品多点厚度监测方法的步骤。
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