專利名稱：單層膜反射式平面金屬光柵及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單層膜反射式平面金屬光柵及其制作方法，屬于基于干涉條紋的光學(xué)計量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的計量光柵所使用的材料多為玻璃，而且都是透射式，透射式金屬光柵由于制作方法的限制，使得線條寬度和基底厚度成反比，因此無法制作出基底較厚(>0.5mm)的線條較細(40iim)的透射式金屬光柵,在沖擊、振動較大的惡劣環(huán)境下,透射式金屬光柵就無法工作。為此，德國的Heidenhain和英國的Renishaw制作出了反射式金屬光柵。現(xiàn)有的反射式金屬光柵的制作方法主要有兩種，第一種采用的工藝流程是鍍鋁一涂臘一刻劃一噴漆一刻劃一祛膜一腐蝕，該方法以鋁為反射層，黑漆為非反射層，但由于黑漆的牢固度較差，鋁較易被氧化，無法用于環(huán)境較為惡劣的條件下的高精度計量儀器；第二種是在平面度及光潔度都非常好的不銹鋼基坯上涂覆一層聚乙烯醇，通過接觸式光刻法制作出以不銹鋼為亮條紋，以聚乙烯醇為暗條紋的反射式金屬光柵，但由于聚乙烯醇的牢固度較差，該種方法制作出的反射式金屬光柵線條較粗(>20 u m)，無法作為高精度計量儀器的計量元件。為解決以上問題，中國科學(xué)院成都光電技術(shù)研究所的周翠花等人的發(fā)明專利200410009488.0公開了一種反射式金屬光柵的制作方法，是在精加工的金屬基底直接腐蝕涂覆一層光刻膠，通過光刻的方法得到需要的圖案，然后通過濕法腐蝕的方法直接腐蝕未受光刻膠保護的金屬基底，最后去除光刻膠，未受腐蝕的金屬部分作為反射條紋，腐蝕的金屬部分為非反射條紋，該種方法雖然簡單，但信號對比度低，無法工程化；發(fā)明專利200510130717.9公開了一種多層膜反射式高精度金屬圓光柵及其制作方法，是以精加工的金屬作為基底，在其上分別鍍Cr層、Au層、Cr層和Cr2O3層，然后在鍍制好的膜上涂覆光刻膠，通過濕法腐蝕方法去除沒有光刻膠保護的CrXr2O3層，露出的Au作為反射條紋，未受腐蝕的Cr2O3作為非反射條紋，該發(fā)明制作的反射式金屬光柵信號的對比度高，但由于為多層結(jié)構(gòu)，所以線條的牢固性不好，且制作復(fù)雜，成本高?，F(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種信號對比度高、線條牢固性好、能夠工程化，且制作工藝簡單、成本低的反射式金屬光柵。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中反射式金屬光柵信號對比度低、線條牢固性差、無法工程化，且制作工藝復(fù)雜、成本高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種單層膜反射式平面金屬光柵及其制作方法。本發(fā)明提供一種單層膜反射式平面金屬光柵，包括:金屬基底；鍍在所述金屬基底上的非反射層和反射層；
非反射層和反射層均為鉻膜，非反射層的厚度比反射層的厚度小。優(yōu)選的是，所述的金屬基底的材料為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者鋁。本發(fā)明還提供一種單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，包括以下步驟:a.在金屬基底上真空蒸鍍鉻膜；b.在所述的鉻膜表面涂上光刻膠，得到光刻膠層；c.對光刻膠層進行曝光、顯影；d.對曝光、顯影后沒有光刻膠層保護的鉻膜進行腐蝕，得到非反射層，所述的非反射層為未完全腐蝕透的鉻膜；e.對有光刻膠層保護的鉻膜進行去膠處理，得到反射層，清潔金屬基底，得到單層膜反射式平面金屬光柵。優(yōu)選的是，所述的金屬基底的材料為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者鋁。優(yōu)選的是，所述的真空蒸鍍采用離子束沉積法、真空磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法或者真空蒸發(fā)法。優(yōu)選的是，所述的鉻膜的厚度為1-3 U m。優(yōu)選的是，所述的光刻膠為正膠或者負膠。優(yōu)選的是，所述的光刻膠層是采用旋涂、噴涂或者浸泡法制作的。優(yōu)選的是，所述的光刻膠層的厚度為1-3 U m。優(yōu)選的是，所述的步驟d中的腐蝕時間為8_12min。本發(fā)明的有益效果:(I)本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵采用真空鍍膜的方式，在拋光的金屬基底上鍍制單層鉻膜，結(jié)合濕法腐蝕，制作出平面反射式光柵，通過在腐蝕過程中不完全腐蝕透鉻膜的方式獲得暗線條(非反射層)，以光刻膠保護的鉻膜為亮線條(反射層)，反射層與非反射層的反射差較大，制作出的光柵線條較細IOy m)，信號對比度大(>2:1)，滿足工程化需要，能夠作為角傳感器和測角設(shè)備中的核心元件應(yīng)用；(2)本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵，非反射層與反射層的牢固度好，通過剝離強度大于2.94N/cm2的玻璃膠帶紙進行膜層強度試驗，用玻璃膠帶紙粘牢鉻膜表面，按垂直方向拉起后線條不損傷，易于工程化和推廣；(3)本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法簡單、成本低。


圖1為本發(fā)明單層膜反射式平面金屬光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明單層膜反射式平面金屬光柵的工藝流程圖。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵，包括金屬基底1、鍍在金屬基底I上的非反射層4和反射層5，非反射層4和反射層5均為鉻膜，非反射層4的厚度比反射層5的厚度小。本發(fā)明實施方式中，所述的金屬基底的材料為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者鋁。
如圖2所示，本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法為:a.將清洗處理后的金屬基底I，在真空鍍膜機里真空蒸鍍鉻膜2 ；b.在所述的鉻膜2表面涂上光刻膠，烘干，得到光刻膠層3 ；c.將光刻膠層3置于光柵母板上，用高壓汞燈曝光，在堿液中顯影后，烘干；d.對曝光、顯影后沒有光刻膠層3保護的鉻膜2進行腐蝕，得到非反射層4，所述的非反射層4為未完全腐蝕透的鉻膜2 ；e.對有光刻膠層3保護的鉻膜2進行去膠處理，得到反射層5，清潔金屬基底，得到單層膜反射式平面金屬光柵。本發(fā)明實施方式中，所述的鉻膜2的厚度優(yōu)選為l-3i!m。本發(fā)明實施方式中，所述的光刻膠層3的厚度優(yōu)選為l-3i!m。本發(fā)明實施方式中，非反射層4的厚度由鉻膜2的厚度和步驟d的腐蝕時間共同確定，如:當(dāng)鉻膜的厚度為腐蝕時間為8-12min。本發(fā)明實施方式中，步驟b優(yōu)選所述的烘干溫度為90-100°C，烘干時間為30_60min。本發(fā)明實施方式中，步驟c優(yōu)選所述的烘干溫度為90-120 °C，烘干時間為10_30min。本發(fā)明實施方式中，所述的步驟d中的腐蝕優(yōu)選為濕法腐蝕，時間為8_12min。

本發(fā)明實施方式中，所述的金屬基底可通過商購獲得，是已經(jīng)經(jīng)過失效、粗車、精車、粗磨、精磨及光學(xué)拋光等處理的金屬基底；所述的金屬基底的材料優(yōu)選為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者招。本發(fā)明實施方式中，所述的正膠為BP212等，負膠為聚乙烯醇等。本發(fā)明實施方式中，所述的真空蒸鍍?yōu)楸绢I(lǐng)域公知技術(shù)，如采用離子束沉積法、真空磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法或者真空蒸發(fā)法。本發(fā)明實施方式中，光刻膠層3是采用旋涂、噴涂或者浸泡法等方法制作的。對本發(fā)明實施方式制作出的單層膜反射式平面金屬光柵進行測試，測得其光柵線條較細，小于等于10 y m，信號對比度大于2:1。 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法:a.將清洗處理后的金屬基底1，在真空鍍膜機里真空蒸鍍厚度為2 ii m鉻膜2 ;b.在所述的鉻膜2表面涂上厚度為I y m的BP212正性光刻膠，90°C烘干30min，得到光刻膠層3 ；c.將光刻膠層3置于光柵母板上,用高壓萊燈曝光3min,在NaOH堿液中顯影30s后，120°C烘干 20min ；d.將曝光、顯影后沒有光刻膠層3保護的鉻膜2在硫酸高鈰里濕法腐蝕lOmin，得到非反射層4 ；e.對有光刻膠層3保護的鉻膜2進行去膠處理，得到反射層5，清潔金屬基底1，得到單層膜反射式平面金屬光柵。對本發(fā)明實施例1制作的單層膜反射式平面金屬光柵進行測試，測得其光柵線條為10 ym，信號對比度為3:1 ;通過剝離強度大于2.94N/cm2的玻璃膠帶紙進行膜層強度試驗，用玻璃膠帶紙粘牢鉻膜表面，按垂直方向拉起后線條不損傷。
權(quán)利要求
1.單層膜反射式平面金屬光柵，包括: 金屬基底⑴； 鍍在所述金屬基底(I)上的非反射層(4)和反射層(5)； 其特征在于，非反射層(4)與反射層(5)均為鉻膜，非反射層(4)的厚度比反射層(5)的厚度小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層膜反射式平面金屬光柵，其特征在于，所述的金屬基底(I)的材料為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者鋁。
3.單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: a.在金屬基底(I)上真空蒸鍍鉻膜(2); b.在所述鉻膜(2)表面涂上光刻膠，得到光刻膠層(3)； c.對光刻膠層(3)進行曝光、顯影； d.對曝光、顯影后沒有光刻膠層(3)保護的鉻膜(2)進行腐蝕，得到非反射層(4)，所述的非反射層(4)為未完全腐蝕透的鉻膜(2); e.對有光刻膠層(3)保護的鉻膜(2)進行去膠處理，得到反射層(5)，清潔金屬基底(I)，得到單層膜反射式平面金屬光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的金屬基底(I)的材料為不銹鋼、銦鋼、鈦合金、鐵或者鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的真空蒸鍍采用離子束沉積法、真空磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法或者真空蒸發(fā)法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的鉻膜⑵的厚度為1-3 U m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的光刻膠為正膠或者負膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的光刻膠層(3)是采用旋涂、噴涂或者浸泡法制作的。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的光刻膠層⑶的厚度為1-3 u m。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法，其特征在于，所述的步驟d中的腐蝕時間為8-12min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單層膜反射式平面金屬光柵及其制作方法，屬于基于干涉條紋的光學(xué)計量領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中反射式金屬光柵信號對比度低、線條牢固度差、無法工程化，且制作工藝復(fù)雜、成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵，包括金屬基底，鍍在所述金屬基底上的非反射層和反射層，非反射層與反射層均為鉻膜，非反射層的厚度比反射層的厚度小。本發(fā)明還提供單層膜反射式平面金屬光柵的制作方法。本發(fā)明的單層膜反射式平面金屬光柵采用單層鍍膜，制作出的光柵線條較細(≤10μm)、信號對比度大(＞2∶1)、非反射層和反射層的牢固度好、易于工程化，且制作方法簡單、成本低。
文檔編號G03F7/20GK103176231SQ201310066530
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者陳赟, 王顯軍, 李艷茹, 張勝紅, 陳寶剛 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所