專利名稱：樣件鏡面反射率的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量樣件的鏡面反射率的裝置。
背景技術(shù)：
在紫外可見光譜測量中通常要求能夠測量樣件的鏡面(鏡象)反射率。進行這種測量的一種方法是將光源和光檢測器的光通路安設(shè)成從鏡面有一反射。將鏡子安設(shè)到位，并記錄檢測器所接收的光線強度。而后用樣件來替代鏡子，再次記錄檢測器所接收的光線強度。光線強度的變化是在鏡子和樣件間所存在的反射能力差異的量值。該方法的缺點在于在計算樣件的反射能力之前必須先知道鏡子的反射能力。較佳的應(yīng)是能夠直接測量到樣件的反射能力，而不是其相對于另外某個物件的反射能力。這種直接測量在專業(yè)領(lǐng)域被被稱為絕對反射率測量，以之與相對反射率測量相區(qū)別開來。
在已有的光譜儀中，光源和光檢測器的位置都是固定的。鏡面反射裝置將光束發(fā)射到要測試的樣件上，并重新定向反射的光線以送回到檢測器上。這就需要許多將光束變向和將之重新聚焦的鏡子，以能改變在光源和檢測器之間的光路長度。已知的方法通常既包括固定的鏡子、也包括可重新定位的鏡子。要有許多的鏡子會使這種裝置復(fù)雜化，同時，由于鏡子經(jīng)過使用及暴露于空氣中會受損，就會使裝置的性能逐漸變差，這也是不希望有的。
常常會要求不僅要測量樣件的絕對鏡面反射率，還要測得其作為光束之入射角的函數(shù)的絕對鏡面反射率。這個增加出來的要求會大大增加傳統(tǒng)方法的復(fù)雜性，以使其難以實施。
包括以上對本發(fā)明之背景情況的討論是為了對本發(fā)明之來龍去脈的加以說明。但這并不應(yīng)被認為是承認所涉及的任何材料截至本申請的優(yōu)先權(quán)日在澳大利亞已是公開、已知的或者是公知技術(shù)的一部分。。
本發(fā)明的一個目的在于，提供較簡單的裝置以能直接確定作為光線入射角的函數(shù)的、樣件的絕對鏡面反射率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面內(nèi)容是提供一種用于測量樣件的鏡面反射率的裝置，它包括一樣件支承架；一光源，它用來將一光束以一預(yù)定的入射角發(fā)射到一由樣件支承架所支承的樣件的表面上，該光源和樣件支承架安裝成可相對運動，用以改變所述入射角；以及一檢測器，它用來檢測從樣件的所述表面鏡面反射出來的所述光束，檢測器和樣件支承件安裝成可相對運動，其中，光源、檢測器和樣件支承架相應(yīng)地相對定位，用以檢測所發(fā)射的光束在不同的光束入射角時的鏡面反射分量。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明可實現(xiàn)為用于光譜儀中的一種輔助裝置，其中，光源是光譜儀的一個組件而不是附件。因此，還可提供一種用以測量樣件的鏡面反射率的、光譜儀輔助裝置，它包括一樣件支承架，它可相對于光譜儀的一光源定位成使光源以一預(yù)定的入射角發(fā)射光束到由樣件支承架所支承的樣件的表面上，該樣件支承架安裝成可相對于光源運動，用以改變所述入射角；以及一檢測器，它用來檢測從樣件的所述表面鏡面反射的所述光束，該檢測器安裝成可相對于樣件支承架運動，其中，檢測器和樣件支承架可相應(yīng)地相對定位，用以檢測所發(fā)射的光束在不同光束入射角時的鏡面反射分量。
較佳的是將樣件支承架構(gòu)造成、以及光源和檢測器相對于樣件及它們彼此間可定位成在樣件支承架中無樣件時，可將光源和檢測器定位成從光源所發(fā)射出來的光束將直接照射到檢測器上?；蛘撸瑯蛹С屑芸刹鹦?、且光源和檢測器可相對定位成實現(xiàn)相同的效果。因此，檢測器能直接測出作為基準測量值的絕對光束強度。
較佳的是樣件支承架、光源和檢測器也安裝成分別的兩者間的距離在樣件支承架、光源和檢測器的不同定位情況下都保持恒定，也就是，安裝成為從光源到檢測器的光路長度對于基準測量和樣件測量在任何角度下都保持恒定。因此，基準和樣件測量間的光學(xué)焦點就無變化。這樣就無需任何光學(xué)再成像。由此，本發(fā)明的裝置就不需要鏡子，且因此與原有技術(shù)的裝置相比，在更多地避免了因操作和使用而造成的質(zhì)量劣化。如果從光源到樣件的通路長度以及從樣件到檢測器的各光路長度都分別保持恒定不變，則也是很有利的。這就能確保入射角變化時在樣件上的亮斑正投影的大小不改變。
該裝置可以是在光源、樣件或檢測器中的任何一個組件的位置可固定，而另外兩個組件可相對運動。因此，例如，光源的位置固定(如同用于本發(fā)明的第二方面的輔助裝置的例子)而樣件支承架和檢測器是可動的。較佳的是可動組件操作地相關(guān)，以使一個組件的運動可相應(yīng)自動地使另一個運動到一正確的位置。例如，對于一可動樣件支承架和檢測器，樣件支承架可繞一穿過該支承架且與入射光束垂直的中心軸線旋轉(zhuǎn)，以使所支承的樣件的表面可以不同的角度與來自固定光源的光束的方向?qū)剩⑶覚z測器可操作地安裝成與繞樣件支承架同一中心軸線旋轉(zhuǎn)的樣件支承架相連，而使檢測器自動地轉(zhuǎn)過兩倍于支承架所轉(zhuǎn)角度的角度。因此，檢測器和光源將有效地從一垂直于樣件的基準線上等角度布置，也就是說，檢測器將布置成用來檢測成一反射角的光束的鏡面反射分量，而該反射角就等于在樣件表面上的光束的入射角。
為了更好地了解本發(fā)明、并說明如何實施本發(fā)明，以下將參照附圖來闡述其實施例，這些例子僅用以說明，而并不限制本發(fā)明的范圍。
附圖簡述

圖1概略表示本發(fā)明的一實施例的裝置；圖2概略表示圖1裝置的樣件支承架；圖3是圖1裝置概略俯視圖，其組件相對定位成用以進行基準測量；圖4是圖1裝置的概略俯視圖，其組件相對定位成用以進行樣件測量；以及圖5概略地表示圖1裝置用的驅(qū)動機構(gòu)。
圖6概略地表示圖1裝置用的驅(qū)動機構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
圖1所示的、用于測量樣件的鏡面反射率的輔助裝置10包括一樣件支承架12，它通過軸承(未圖示)安裝在一安裝座14上，用以與可從一光譜儀的光源18發(fā)射出來的光束16自動對準。軸承可使樣件支承架12相對于安裝座14繞軸20旋轉(zhuǎn)，但不能向橫向或垂向移動。軸線20穿過光束16照射到安裝在樣件支承架12中的樣件22的表面上的點。轉(zhuǎn)臂24與樣件支承架12同心連接，且在其外部極端處裝有一光檢測器26。轉(zhuǎn)臂24安裝成能繞軸線20旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)臂24和樣件支承架12之間設(shè)有一適合的驅(qū)動機構(gòu)28(以下將詳細說明)，且安裝成轉(zhuǎn)臂24的旋轉(zhuǎn)也可引起樣件支承架12的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動機構(gòu)28的驅(qū)動比為，當轉(zhuǎn)臂24順時針方向轉(zhuǎn)過X度時樣件支承架12順時針方向轉(zhuǎn)過x/2度，類似地逆時針方向旋轉(zhuǎn)也如此。
樣件支承架呈框架30(見圖2)的形狀，該框架具有一安裝表面32，用以在裝置10中將樣件22(要測量其反射能力的)的表面23(見圖4)正確對準。因此，樣件22用適當?shù)膴A持裝置安裝到樣件支承架12上，且使其表面23與樣件支承架12的安裝表面32相互面接觸。當樣件安裝在樣件支承架12上時，軸線20與樣件22的表面23相重合。樣件支承架12的框架30包括為了以下將述的目的而設(shè)置的兩凹口34。
在運作中，先通過驅(qū)動機構(gòu)28來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臂24，以使檢測器26在無樣件存在時直接攔截光束16(見圖3)。重要的是在檢測器26處于此定位狀態(tài)時樣件支承架12不阻斷光束16。這可通過將樣件支承架12做成恰當?shù)男螤顏泶_保光束16的通路不被阻斷，也就是說，支承架可具有如上所述的凹口34?；蛘?，也可將樣件支承架12做成可動的，以使它能臨時性地從裝置中移走。此時，檢測器26就可測量光束的絕對強度。該首次測量就是基準測量。然后，再由驅(qū)動機構(gòu)28將轉(zhuǎn)臂24轉(zhuǎn)到所要的測量角度。如果樣件支承架12已被移開了，就將其放回原處?？蓪蛹?2裝到樣件支承架中且使其表面23與支承架12的表面32相接觸(見圖4)。此時光束16可照射到樣件22的表面23上，而鏡面反射分量36就被檢測器36攔截。檢測器26記錄從樣件22的表面23上反射出來的光線的強度，進行第二次測量。該第二次測量被稱為樣件測量。樣件測量與基準測量之比給出了樣件在該角度時的絕對反射率?？稍谵D(zhuǎn)臂24的不同轉(zhuǎn)角設(shè)定值下進行多次樣件測量。因此方法即可決定作為光束16入射角的函數(shù)的、樣件22的鏡面反射率的變化測量值。
驅(qū)動機構(gòu)28的一種結(jié)構(gòu)示于圖5中。它包括四個齒輪40、41、42和43。齒輪40附接在電動機44的主體上，并與之固定住用以防止齒輪40相對于電動機主體44的移動或轉(zhuǎn)動。圖5中的電動機主體44相當于圖1中的安裝座14。齒輪41和43鎖合在一起，故它們只能以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，并且它們是安裝在單一根轉(zhuǎn)軸46上的，轉(zhuǎn)軸46附接在轉(zhuǎn)臂24上且可在轉(zhuǎn)臂24中自由旋轉(zhuǎn)。齒輪42附接在樣件支承架12上，而使齒輪42的轉(zhuǎn)動也引起樣件支承架12的轉(zhuǎn)動。為了確保樣件支承架12以轉(zhuǎn)臂24旋轉(zhuǎn)角速度的一半的速度旋轉(zhuǎn)，齒輪的節(jié)圓直徑(PCD)應(yīng)如下地選取PCO齒輪40+PCD齒輪41＝PCD齒輪42+PCD齒輪43PCO齒輪40+PCD齒輪41＝0.5×PCD齒輪42/PCD齒輪43還可方便地進一步使轉(zhuǎn)臂24和樣件支承架12的旋轉(zhuǎn)機動化，以能進行自動轉(zhuǎn)角定位。這樣，驅(qū)動機44可以是電動的，如圖5所示，齒輪40與電動機主體44相鎖合，用以防止齒輪40相對于電動機主體44的轉(zhuǎn)動。齒輪42和樣件支承架12都與電動機轉(zhuǎn)軸45相鎖合，從而以與轉(zhuǎn)軸45相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臂24通過軸承(未圖示)安裝到電動機轉(zhuǎn)軸45上，以使轉(zhuǎn)臂24可相對于電動機轉(zhuǎn)軸45轉(zhuǎn)動。適宜的是所述的結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)臂24旋轉(zhuǎn)樣件支承架12的轉(zhuǎn)角的二倍的角度。
圖6概略表示采用類似的齒輪40、41、42和43的、供圖1裝置所用的驅(qū)動機構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)。齒輪41和43固定到電動機44的轉(zhuǎn)軸45上。齒輪42和40可在軸47上自由旋轉(zhuǎn)。樣件支承架(未圖示)固定于齒輪42，檢測器(未圖示)固定于齒輪40。電動機44所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)軸45的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪40以兩倍于齒輪42轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)。這些組件安裝在底座48上。
除了相對地較為簡單以外，上述裝置還可使從光源18到檢測器26的光路總度在首次(基準)測量和隨后的樣件測量時任何角度之下都相同。它還可使從光源到樣件以及從樣件到檢測器的距離在入射角變化時都分別保持恒定不變。從而，在基準和樣件測量之間光學(xué)焦點就不變化。這就免去了有任何光學(xué)再成像的必要。該裝置還有一附加的優(yōu)點是無需鏡子，因此，其性能就不會隨時間推移而很快地變差。熟悉本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域的人員都能理解的是，盡管本發(fā)明的裝置本身并無光學(xué)再成像的必要，但是，如果當樣件處在光路中時光學(xué)再成像裝置或鏡子一直在光路中、當光路中無樣件而進行基準測量時所有這些裝置或鏡子也必須在光路中，以及如果所有這些裝置或鏡子必須一直與檢測器保持一恒定的空間關(guān)系(即它們必須與檢測器一起運動)的話，就不要排除使用光學(xué)再成像裝置或者折光鏡或鏡子。
這里所述的本發(fā)明除了上述的特定實例以外還可有各種變形、變化和/或附加的內(nèi)容，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明涵蓋了后附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有的這種變形、變化和/或附加的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于測量樣件的鏡面反射率的裝置，它包括一樣件支承架；一光源，用來將一光束以一預(yù)定的入射角發(fā)射到一由樣件支承架所支承的樣件的表面上，該光源和樣件支承架安裝成可相對運動以改變所述入射角；以及一檢測器，用來檢測從樣件的所述表面鏡面反射出來的所述光束，檢測器和樣件支承件也安裝成可相對運動，其中，光源、檢測器和樣件支承架相應(yīng)地相對定位，用以檢測所發(fā)射的光束在不同的光束入射角時的鏡面反射分量。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其特征在于，將樣件支承架構(gòu)造成、以及可將光源和檢測器相對于樣件和它們彼此間定位成在樣件支承架中無樣件時，光源和檢測器可定位成從光源發(fā)射出來的光束直接照射到檢測器上。
3.如權(quán)利要求2中所述的裝置，其特征在于，樣件支承架包括一框架，該框架具有一安裝表面，樣件的表面可靠在該安裝表面上，以使樣件表面在裝置中正確地對準。
4.如權(quán)利要求3中所述的裝置，其特征在于，框架的形狀做成使從光源發(fā)射出來的光束的通路能從其穿過而直接照射到檢測器上。
5.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其特征在于，樣件支承架可拆卸地安裝成，在無樣件支承架時，光源和檢測器可彼此相對定位成使從光源發(fā)射出來的光束直接照射到檢測器上。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項中所述的裝置，其特征在于，樣件支承架、光源和檢測器安裝成分別的兩者之間的距離在樣件、光源和檢測器的不同定位情況下都保持恒定，從而從光源到檢測器的光路長度對于基準和樣件測量在任何角度下都保持恒定。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項中所述的裝置，其特征在于，在包括光源、樣件支承架和檢測器的組件組中的一個組件的位置是固定的，而另兩個組件是相對其可動的。
8.如權(quán)利要求7中所述的裝置，其特征在于，該另兩個組件可操作地相連，以使一組件的運動使另一組件相應(yīng)地自動運動到一正確的位置上。
9.如權(quán)利要求7中所述的裝置，其特征在于，光源的位置是固定的，而樣件支承架和檢測器是相對可動的。
10.如權(quán)利要求9中所述的裝置，其特征在于，樣件支承架可繞一穿過樣件支承架且與入射光束相垂直的軸線轉(zhuǎn)動，從而使由樣件支承架所支承的樣件的表面可以不同的角度對準入射光束的方向。
11.如權(quán)利要求10中所述的裝置，其特征在于，檢測器安裝成可繞所述軸線沿弧線運動，且樣件支承架和檢測器可操作地相連，以使樣件支承架轉(zhuǎn)過一角度可使檢測器自動地轉(zhuǎn)過兩倍于所述角度的角度。
12.如權(quán)利要求11中所述的裝置，其特征在于，檢測器安裝在一可繞一軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臂上，而樣件支承架也可繞該軸線旋轉(zhuǎn)，同時還具有將轉(zhuǎn)臂和樣件支承架連接起來的一驅(qū)動機構(gòu)，用以將樣件支承架旋轉(zhuǎn)一個角度，且該角度為轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)角度的一半。
13.如權(quán)利要求12中所述的裝置，其特征在于，驅(qū)動機構(gòu)包括至少一組齒輪系。
14.如權(quán)利要求13中所述的裝置，其特征在于，它包括一用以驅(qū)動驅(qū)動機構(gòu)的電動機。
15.一種用于測量樣件的鏡面反射率的光譜儀輔助裝置，它包括一樣件支承架，可相對于光譜儀的光源定位成使光源以一預(yù)定的入射角發(fā)射光束到支承在樣件支承架上的樣件的表面上，該樣件支承架安裝成可相對光源運動，用以改變所述入射角；以及一檢測器，它用來檢測從樣件的所述表面鏡面反射的所述光束，檢測器安裝成可相對于樣件支承架運動，其中，檢測器和樣件支承架可相應(yīng)地相對定位，用以檢測所發(fā)射的光束在不同的光束入射角時的鏡面反射分量。
16.如權(quán)利要求15中所述的輔助裝置，其特征在于，將樣件支承架構(gòu)造成、以及可將檢測器相對于樣件和光譜儀的光源定位成在樣件支承架中無樣件時，從光源所發(fā)射出來的光束可直接照射到檢測器上。
17.如權(quán)利要求16中所述的輔助裝置，其特征在于，樣件支承架包括一框架，該框架具有一安裝表面，樣件的表面可靠在該安裝表面上，用以使樣件表面在輔助裝置中正確地對準。
18.如權(quán)利要求17中所述的輔助裝置，其特征在于，框架的形狀做成使從光源發(fā)射出來的光束的通路能從其穿過而直接照射到檢測器上。
19.如權(quán)利要求15中所述的輔助裝置，其特征在于，樣件支承架可拆卸地安裝成，在無樣件支承架時，檢測器可相對于光譜儀的光源定位，用以使從光源發(fā)射出來的光束直接照射到檢測器上。
20.如權(quán)利要求15-19中任一項中所述的輔助裝置，其特征在于，輔助裝置可相對于光源安裝，且其樣件支承架及檢測器安裝成它們之間的相應(yīng)的距離在樣件支承架和檢測器相對于光源的不同定位情況下都保持恒定，從而從光源到檢測器的通路長度對于基準和樣件測量在任何角度下都保持恒定。
21.如權(quán)利要求20中所述的輔助裝置，其特征在于，樣件支承架和檢測器可操作地相連，以使成一組件的運動使另一組件相應(yīng)地自動運動到一正確的位置上。
22.如權(quán)利要求21中所述的輔助裝置，其特征在于，樣件支承架可繞一穿過樣件支承架且與入射光束相垂直的軸線轉(zhuǎn)動，從而使由樣件支承架所支承的樣件的表面可以不同的角度對準入射光束的方向。
23.如權(quán)利要求22中所述的輔助裝置，其特征在于，檢測器安裝成可繞所述軸線沿弧線運動，且樣件支承架和檢測器可操作地相連，以使樣件轉(zhuǎn)過一角度可使檢測器自動地轉(zhuǎn)過兩倍于所述角度角度。
24.如權(quán)利要求23中所述的輔助裝置，其特征在于，檢測器安裝在一可繞一軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臂上，而該樣件支架也可繞該軸旋轉(zhuǎn)，同時還具有將轉(zhuǎn)臂和樣件支承架連接起來的一驅(qū)動機構(gòu)，用以將樣件支承架旋轉(zhuǎn)一個角度，且該角度為轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)角度的一半。
25.如權(quán)利要求24中所述的輔助裝置，其特征在于，驅(qū)動機構(gòu)包括至少一組齒輪系。
26.如權(quán)利要求25中所述的輔助裝置，其特征在于，它包括一用以驅(qū)動驅(qū)動機構(gòu)的電動機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測樣件(22)的絕對鏡面反射率的裝置(10)，它包括一樣件支承架(12)，一用來將一入射光束(16)發(fā)射到一樣件(22)表面上的光源(18)，以及一用來檢測入射光線的鏡面反射分量的檢測器(26)。該光源(18)、樣件支承架(12)和檢測器(26)被安裝和可操作地相連成相對可動，以改變光線(16)入射到樣件(22)上的入射角，并相應(yīng)地自動改變檢測器(26)的相對位置，以使反射角與入射角相等。在無樣件(22)或?qū)蛹鹣聵蛹С?12)架時，光線(16)直接照射到檢測器(26)上，以能直接測量出作為基準測量的光線(16)的絕對強度。這就可免去使用諸如鏡子等的中間光學(xué)元件，這種鏡子之類的中間光學(xué)元件會隨時間推移而性能變差。這樣還可使裝置更加簡化些。
文檔編號G01N21/55GK1500209SQ02807828
公開日2004年5月26日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月4日
發(fā)明者M·R·哈默, R·J·弗朗西斯, M R 哈默, 弗朗西斯 申請人:美國瓦里安澳大利亞有限公司