CN1790068A - 多层膜反射式高精度金属圆光栅及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：包括金属基板，在金属基板上蒸镀至少4层膜的膜层，其膜层顺序为介质膜、亮线条、介质膜、暗线条，其制作方法如下：(1)光栅金属基坯材料，如不锈钢、钛合金等抗腐蚀性好的材料经失效、粗磨、光学抛光至金属镜面；(2)在金属镜面上真空蒸镀多层所需要的金属膜层；(3)在蒸镀好的金属膜层表面涂上光刻胶；(4)通过光化学反应从高精度玻璃光栅上复制、腐蚀出高、低反射率线条的接近母版精度的高精度圆光栅。本发明适用于高精度角度编码器，且结构简单、成本低、强度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新的计量光栅制作—多层膜反射式高精度金属圆光栅及其制作方法。
背景技术
目前反射式金属光栅制作方法有多种，第一种是反射式金属光栅线条为较宽的直线状图案，其工艺流程为：镀铝--涂蜡--刻划---腐蚀(喷漆)--刻划---揭膜--腐蚀，该种类型的金属光栅亮条纹为铝膜，暗条纹为黑漆，一般用于分划元件的制作。由于黑漆牢固性差、光栅线条较宽，所以该种光栅不能用于高精度角度编码器；第二种反射式金属光栅制作方法是接触复制法，具体方法是在面形、光洁度都非常好的不锈钢基坯上涂上负性胶(聚乙稀醇)，再用光刻法作出暗条纹(聚乙稀醇条纹)，以金属基板直接作为亮条纹，由于聚乙稀醇牢固性差，所以该光栅不能用于高精度角度编码器；第三种反射式金属光栅制作方法是用化学方法直接对精密加工的金属基板进行腐蚀，腐蚀后形成的无光泽线条作为光栅暗条纹，未被腐蚀的金属基板作为光栅亮条纹，虽然该种光栅结构简单、成本低、强度高、线条牢固度好，但该种光栅信号对比度差，所以不适用于高精度角度编码器。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于高精度角度编码器，且结构简单、成本低、强度高的多层膜反射式高精度金属圆光栅及其制作方法，该方法在镀有多层膜系的光学级金属基板上通过光化学反应制作出亮条纹(高反射率线条)及暗条纹(低反射率线条)的多层膜系反射式高精度金属圆光栅。
本发明的技术解决方案：多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：包括金属基板，在金属基板上蒸镀至少4层膜的膜层，其膜层顺序为介质膜、亮线条、介质膜、暗线条。
所述的介质膜为Cr膜；所述的亮线条为对红外波段反射率大于90％的高反射率膜Au膜；所述的暗线条为红外波段反射率小于10％的低反射率膜Cr2O3膜；所述的金属基板为抗腐蚀性好的不锈钢、或钛合金。
上述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于步骤如下：
(1)将光栅金属基板材料，经失效、粗磨、光学抛光至金属镜面；
(2)在金属镜面上真空蒸镀多层金属膜层；
(3)在蒸镀好的金属膜层表面涂上光刻胶；
(4)通过光化学反应从高精度玻璃光栅上复制、腐蚀出高、低反射率线条的接近母版精度的高精度圆光栅。
所述的金属基板为抗腐蚀性好的不锈钢、或钛合金等。
所述的金属基板表面蒸镀的多层金属膜层可采用离子束淀积法、或真空磁控溅射法、或化学气相沉积法、或真空蒸发法。
所述的金属基板表面蒸镀的多层金属膜层为2-6层。
所述的金属基坯表面蒸镀的多层金属膜层的材料为：Cr、或Ni、或、Au、或Ag、或Cr、或Cr2O3，各层膜的厚度不低于100nm。
所述的光化学反应所需的光刻胶可选正胶或负胶，正胶如国产BP212，负胶如聚乙稀醇等，胶的厚度为0.3～0.6μm。
本发明与现有技术具有下的优点如下：
(1)金属基坯采用圆形钢板或钛合金等，因此光栅不易变形；
(2)金属基板面形的加工采用粗磨、光学抛光的方法保证了表面光洁度从而也为复制出高精度的光栅提供了保障。
(3)高、低反射膜是通过真空蒸镀99.99％高纯膜料蒸镀，因此反射率对比度高。
(4)光栅线条通过光化学反应制作，制作方法简单可靠。
(5)精度损失小，光栅精度接近于高精度玻璃光栅。
附图说明
图1为本发明的高精度金属圆光栅的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中A局部放大示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，在不锈钢金属基板7上蒸镀有4层膜层，其膜层顺序为介质膜Cr膜6、亮线条Au膜5、介质膜Cr膜4和暗线条Cr2O3膜3。
实施例1，以不锈刚、三氧化二铬作为高、低反射膜为例：
(1)线条制作母版选择常见的高精度玻璃光栅盘；
(2)将不锈钢基片材料经失效、粗磨、光学抛光得面形和表面光洁度都很好的光学表面；
(3)将加工好的不锈钢基坯清洁后，送入真空室蒸镀多层膜系为Cr/Au/Cr、Cr2O3/Air；
(4)在蒸镀好多层膜的不锈钢表面离心旋涂上厚度为0.4μm的BP212正性胶；
(5)将光刻胶中的稀释剂烘干；
(6)在不锈钢基坯上放置光栅母板后，用高压汞灯曝光；
(7)在NaOH碱液中显影，显影液温度控制在20℃左右；
(8)在110℃左右温度下进行烘烤坚膜，烘烤时间20min左右；
(9)在与不锈钢基坯最外层金属膜相应配方的腐蚀液里湿法腐蚀掉曝露出的最外层金属膜Cr、Cr2O3，直到高反射线条金膜完全露出。
(10)清洁基坯表面得到所需线条质量较好的高、低反射率线条。
Claims (11)
1、多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：包括金属基板，在金属基板上蒸镀至少4层膜的膜层，其膜层顺序为介质膜、亮线条、介质膜、暗线条。
2、根据权利要求1所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：所述的介质膜为Cr膜。
3、根据权利要求1所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：所述的亮线条为对红外波段反射率大于90％的高反射率膜Au膜。
4、根据权利要求1所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：所述的暗线条为红外波段反射率小于10％的低反射率膜Cr2O3膜。
5、根据权利要求1所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅，其特征在于：所述的金属基板为抗腐蚀性好的不锈钢、或钛合金。
6、多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于步骤如下：
(1)将光栅金属基板材料，经失效、粗磨、光学抛光至金属镜面；
(2)在金属镜面上真空蒸镀多层金属膜层；
(3)在蒸镀好的金属膜层表面涂上光刻胶；
(4)通过光化学反应从高精度玻璃光栅上复制、腐蚀出高、低反射率线条的接近母版精度的高精度圆光栅。
7、根据权利要求6所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于：所述的金属基板为抗腐蚀性好的不锈钢、或钛合金。
8、根据权利要求6所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于：所述的金属基板表面蒸镀的多层金属膜层可采用离子束淀积法、或真空磁控溅射法、或化学气相沉积法、或真空蒸发法。
9、根据权利要求6所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于：所述的金属基板表面蒸镀的多层金属膜层为2-6层。
10、根据权利要求6所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征在于：所述的金属基坯表面蒸镀的多层金属膜层的材料为：Cr、或Ni、或、Au、或Ag、或Cr、或Cr2O3，各层膜的厚度不低于100nm。
11、根据权利要求6所述的多层膜反射式高精度金属圆光栅的制作方法，其特征：所述的光化学反应所需的光刻胶可选正胶或负胶，胶的厚度为0.3～0.6μm。
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