[发明专利]单层膜反射式平面金属光栅及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单层膜反射式平面金属光栅及其制作方法，属于基于干涉条纹的光学计量领域。

背景技术

现有的计量光栅所使用的材料多为玻璃，而且都是透射式，透射式金属光栅由于制作方法的限制，使得线条宽度和基底厚度成反比，因此无法制作出基底较厚(>0.5mm)的线条较细(40μm)的透射式金属光栅，在冲击、振动较大的恶劣环境下，透射式金属光栅就无法工作。为此，德国的Heidenhain和英国的Renishaw制作出了反射式金属光栅。

现有的反射式金属光栅的制作方法主要有两种，第一种采用的工艺流程是镀铝—涂蜡—刻划—喷漆—刻划—祛膜—腐蚀，该方法以铝为反射层，黑漆为非反射层，但由于黑漆的牢固度较差，铝较易被氧化，无法用于环境较为恶劣的条件下的高精度计量仪器；第二种是在平面度及光洁度都非常好的不锈钢基坯上涂覆一层聚乙烯醇，通过接触式光刻法制作出以不锈钢为亮条纹，以聚乙烯醇为暗条纹的反射式金属光栅，但由于聚乙烯醇的牢固度较差，该种方法制作出的反射式金属光栅线条较粗(>20μm)，无法作为高精度计量仪器的计量元件。

为解决以上问题，中国科学院成都光电技术研究所的周翠花等人的发明专利200410009488.0公开了一种反射式金属光栅的制作方法，是在精加工的金属基底直接腐蚀涂覆一层光刻胶，通过光刻的方法得到需要的图案，然后通过湿法腐蚀的方法直接腐蚀未受光刻胶保护的金属基底，最后去除光刻胶，未受腐蚀的金属部分作为反射条纹，腐蚀的金属部分为非反射条纹，该种方法虽然简单，但信号对比度低，无法工程化；发明专利200510130717.9公开了一种多层膜反射式高精度金属圆光栅及其制作方法，是以精加工的金属作为基底，在其上分别镀Cr层、Au层、Cr层和Cr₂O₃层，然后在镀制好的膜上涂覆光刻胶，通过湿法腐蚀方法去除没有光刻胶保护的Cr、Cr₂O₃层，露出的Au作为反射条纹，未受腐蚀的Cr₂O₃作为非反射条纹，该发明制作的反射式金属光栅信号的对比度高，但由于为多层结构，所以线条的牢固性不好，且制作复杂，成本高。

现有技术中，还没有一种信号对比度高、线条牢固性好、能够工程化，且制作工艺简单、成本低的反射式金属光栅。

发明内容

为解决现有技术中反射式金属光栅信号对比度低、线条牢固性差、无法工程化，且制作工艺复杂、成本高的技术问题，本发明提供一种单层膜反射式平面金属光栅及其制作方法。

本发明提供一种单层膜反射式平面金属光栅，包括：

金属基底；

镀在所述金属基底上的非反射层和反射层；

非反射层和反射层均为铬膜，非反射层的厚度比反射层的厚度小。

优选的是，所述的金属基底的材料为不锈钢、铟钢、钛合金、铁或者铝。

本发明还提供一种单层膜反射式平面金属光栅的制作方法，包括以下步骤：

a.在金属基底上真空蒸镀铬膜；

b.在所述的铬膜表面涂上光刻胶，得到光刻胶层；

c.对光刻胶层进行曝光、显影；

d.对曝光、显影后没有光刻胶层保护的铬膜进行腐蚀，得到非反射层，所述的非反射层为未完全腐蚀透的铬膜；

e.对有光刻胶层保护的铬膜进行去胶处理，得到反射层，清洁金属基底，得到单层膜反射式平面金属光栅。

优选的是，所述的金属基底的材料为不锈钢、铟钢、钛合金、铁或者铝。

优选的是，所述的真空蒸镀采用离子束沉积法、真空磁控溅射法、化学气相沉积法或者真空蒸发法。

优选的是，所述的铬膜的厚度为1-3μm。

优选的是，所述的光刻胶为正胶或者负胶。

优选的是，所述的光刻胶层是采用旋涂、喷涂或者浸泡法制作的。

优选的是，所述的光刻胶层的厚度为1-3μm。

优选的是，所述的步骤d中的腐蚀时间为8-12min。

本发明的有益效果：

(1)本发明的单层膜反射式平面金属光栅采用真空镀膜的方式，在抛光的金属基底上镀制单层铬膜，结合湿法腐蚀，制作出平面反射式光栅，通过在腐蚀过程中不完全腐蚀透铬膜的方式获得暗线条(非反射层)，以光刻胶保护的铬膜为亮线条(反射层)，反射层与非反射层的反射差较大，制作出的光栅线条较细(≤10μm)，信号对比度大(＞2:1)，满足工程化需要，能够作为角传感器和测角设备中的核心元件应用；