專利名稱：多層膜反射式高精度金屬圓光柵及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的計量光柵制作—多層膜反射式高精度金屬圓光柵及其制作方法。
背景技術(shù)：
目前反射式金屬光柵制作方法有多種，第一種是反射式金屬光柵線條為較寬的直線狀圖案，其工藝流程為鍍鋁--涂蠟--刻劃---腐蝕(噴漆)--刻劃---揭膜--腐蝕，該種類型的金屬光柵亮條紋為鋁膜，暗條紋為黑漆，一般用于分劃元件的制作。由于黑漆牢固性差、光柵線條較寬，所以該種光柵不能用于高精度角度編碼器；第二種反射式金屬光柵制作方法是接觸復(fù)制法，具體方法是在面形、光潔度都非常好的不銹鋼基坯上涂上負性膠(聚乙稀醇)，再用光刻法作出暗條紋(聚乙稀醇條紋)，以金屬基板直接作為亮條紋，由于聚乙稀醇牢固性差，所以該光柵不能用于高精度角度編碼器；第三種反射式金屬光柵制作方法是用化學(xué)方法直接對精密加工的金屬基板進行腐蝕，腐蝕后形成的無光澤線條作為光柵暗條紋，未被腐蝕的金屬基板作為光柵亮條紋，雖然該種光柵結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強度高、線條牢固度好，但該種光柵信號對比度差，所以不適用于高精度角度編碼器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于高精度角度編碼器，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強度高的多層膜反射式高精度金屬圓光柵及其制作方法，該方法在鍍有多層膜系的光學(xué)級金屬基板上通過光化學(xué)反應(yīng)制作出亮條紋(高反射率線條)及暗條紋(低反射率線條)的多層膜系反射式高精度金屬圓光柵。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于包括金屬基板，在金屬基板上蒸鍍至少4層膜的膜層，其膜層順序為介質(zhì)膜、亮線條、介質(zhì)膜、暗線條。
所述的介質(zhì)膜為Cr膜；所述的亮線條為對紅外波段反射率大于90％的高反射率膜Au膜；所述的暗線條為紅外波段反射率小于10％的低反射率膜Cr2O3膜；所述的金屬基板為抗腐蝕性好的不銹鋼、或鈦合金。
上述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于步驟如下(1)將光柵金屬基板材料，經(jīng)失效、粗磨、光學(xué)拋光至金屬鏡面；(2)在金屬鏡面上真空蒸鍍多層金屬膜層；(3)在蒸鍍好的金屬膜層表面涂上光刻膠；(4)通過光化學(xué)反應(yīng)從高精度玻璃光柵上復(fù)制、腐蝕出高、低反射率線條的接近母版精度的高精度圓光柵。
所述的金屬基板為抗腐蝕性好的不銹鋼、或鈦合金等。
所述的金屬基板表面蒸鍍的多層金屬膜層可采用離子束淀積法、或真空磁控濺射法、或化學(xué)氣相沉積法、或真空蒸發(fā)法。
所述的金屬基板表面蒸鍍的多層金屬膜層為2-6層。
所述的金屬基坯表面蒸鍍的多層金屬膜層的材料為Cr、或Ni、或、Au、或Ag、或Cr、或Cr2O3，各層膜的厚度不低于100nm。
所述的光化學(xué)反應(yīng)所需的光刻膠可選正膠或負膠，正膠如國產(chǎn)BP212，負膠如聚乙稀醇等，膠的厚度為0.3～0.6μm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)具有下的優(yōu)點如下(1)金屬基坯采用圓形鋼板或鈦合金等，因此光柵不易變形；(2)金屬基板面形的加工采用粗磨、光學(xué)拋光的方法保證了表面光潔度從而也為復(fù)制出高精度的光柵提供了保障。
(3)高、低反射膜是通過真空蒸鍍99.99％高純膜料蒸鍍，因此反射率對比度高。
(4)光柵線條通過光化學(xué)反應(yīng)制作，制作方法簡單可靠。
(5)精度損失小，光柵精度接近于高精度玻璃光柵。


圖1為本發(fā)明的高精度金屬圓光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為圖1中A局部放大示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2、3所示，在不銹鋼金屬基板7上蒸鍍有4層膜層，其膜層順序為介質(zhì)膜Cr膜6、亮線條Au膜5、介質(zhì)膜Cr膜4和暗線條Cr2O3膜3。
實施例1，以不銹剛、三氧化二鉻作為高、低反射膜為例(1)線條制作母版選擇常見的高精度玻璃光柵盤；(2)將不銹鋼基片材料經(jīng)失效、粗磨、光學(xué)拋光得面形和表面光潔度都很好的光學(xué)表面；(3)將加工好的不銹鋼基坯清潔后，送入真空室蒸鍍多層膜系為Cr/Au/Cr、Cr2O3/Air；(4)在蒸鍍好多層膜的不銹鋼表面離心旋涂上厚度為0.4μm的BP212正性膠；(5)將光刻膠中的稀釋劑烘干；(6)在不銹鋼基坯上放置光柵母板后，用高壓汞燈曝光；(7)在NaOH堿液中顯影，顯影液溫度控制在20℃左右；(8)在110℃左右溫度下進行烘烤堅膜，烘烤時間20min左右；(9)在與不銹鋼基坯最外層金屬膜相應(yīng)配方的腐蝕液里濕法腐蝕掉曝露出的最外層金屬膜Cr、Cr2O3，直到高反射線條金膜完全露出。
(10)清潔基坯表面得到所需線條質(zhì)量較好的高、低反射率線條。
權(quán)利要求
1.多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于包括金屬基板，在金屬基板上蒸鍍至少4層膜的膜層，其膜層順序為介質(zhì)膜、亮線條、介質(zhì)膜、暗線條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于所述的介質(zhì)膜為Cr膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于所述的亮線條為對紅外波段反射率大于90％的高反射率膜Au膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于所述的暗線條為紅外波段反射率小于10％的低反射率膜Cr2O3膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于所述的金屬基板為抗腐蝕性好的不銹鋼、或鈦合金。
6.多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于步驟如下(1)將光柵金屬基板材料，經(jīng)失效、粗磨、光學(xué)拋光至金屬鏡面；(2)在金屬鏡面上真空蒸鍍多層金屬膜層；(3)在蒸鍍好的金屬膜層表面涂上光刻膠；(4)通過光化學(xué)反應(yīng)從高精度玻璃光柵上復(fù)制、腐蝕出高、低反射率線條的接近母版精度的高精度圓光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于所述的金屬基板為抗腐蝕性好的不銹鋼、或鈦合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于所述的金屬基板表面蒸鍍的多層金屬膜層可采用離子束淀積法、或真空磁控濺射法、或化學(xué)氣相沉積法、或真空蒸發(fā)法。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于所述的金屬基板表面蒸鍍的多層金屬膜層為2-6層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征在于所述的金屬基坯表面蒸鍍的多層金屬膜層的材料為Cr、或Ni、或、Au、或Ag、或Cr、或Cr2O3，各層膜的厚度不低于100nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層膜反射式高精度金屬圓光柵的制作方法，其特征所述的光化學(xué)反應(yīng)所需的光刻膠可選正膠或負膠，膠的厚度為0.3～0.6μm。
全文摘要
多層膜反射式高精度金屬圓光柵，其特征在于包括金屬基板，在金屬基板上蒸鍍至少4層膜的膜層，其膜層順序為介質(zhì)膜、亮線條、介質(zhì)膜、暗線條，其制作方法如下(1)光柵金屬基坯材料，如不銹鋼、鈦合金等抗腐蝕性好的材料經(jīng)失效、粗磨、光學(xué)拋光至金屬鏡面；(2)在金屬鏡面上真空蒸鍍多層所需要的金屬膜層；(3)在蒸鍍好的金屬膜層表面涂上光刻膠；(4)通過光化學(xué)反應(yīng)從高精度玻璃光柵上復(fù)制、腐蝕出高、低反射率線條的接近母版精度的高精度圓光柵。本發(fā)明適用于高精度角度編碼器，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、強度高。
文檔編號G03F7/004GK1790068SQ20051013071
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者周翠花, 李代學(xué), 岳永堅, 余光清, 代冬軍, 張鑫, 梁躍兵 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所