专利名称：渐变反射率镜的镀膜装置及镀膜方法
技术领域：
本发明涉及镀膜，特别是一种用于箱式电子枪蒸发镀膜机的镀制渐变 反射率镜的镀膜装置及镀膜方法。
背景技术：
箱式电子枪蒸发镀膜机是常用的光学镀膜设备。该设备主要由三大 部分组成真空系统、热蒸发系统、膜层厚度控制系统。镀膜过程是在 真空室内进行的。图l是真空室的结构图。真空室内包括电子束蒸发源1、挡板2、夹具安装架3、烘烤电阻丝4、监控片旋转盘5。其中电子束 蒸发源1由电子枪和坩埚组成，电子枪发出的电子流被加速打到坩埚里， 对坩埚里的膜料进行加热，从而蒸发出膜料粒子。夹具安装架3可以安 装球面拱形夹具，球面拱形夹具可以放置需要镀膜的基片。在镀膜前，要让真空系统把真空室抽到一定的真空度，利用烘烤电阻丝4对真空室以及基片进行加热；旋转夹具安装架3;把监控片旋转盘5调到适当的位置。镀膜过程中，打开电子枪蒸发源l对膜料加热以 蒸发出膜料粒子。打开挡板2，膜料粒子沉积到基片上；当沉积了一定 厚度的膜层后，关闭挡板2，关闭电子束蒸发源l。这就镀完了一层膜。把坩埚调整到另一位置，然后重复上述的步骤，以镀制另外一种材料的 膜层。镀膜完毕后，待温度冷却后取出。这种常规的镀膜方法和设备镀 制出膜层厚度均匀，因此表面各处光学性质相同。如果镀制出的膜片在径向上的反射率是渐变的，则这种膜片就叫做 渐变反射率镜。 一般要求反射率在沿着径向上具有高斯曲线分布或超高 斯曲线分布，因此渐变反射率镜又常被称为高斯镜，或超高斯镜。高斯 镜，或超高斯镜的制作，要求某些膜层或者全部膜层具有渐变的厚度变 化，通常可以使一层厚度变化的膜层夹在其他膜层中间。厚度变化层的 镀制需要使用具有特定形状的挡板，这是常规的镀膜机做不到的。高斯 镜，或超高斯镜主要用作非稳定腔激光器的输出耦合器，以改善输出光 束质量，还具有较大的模体积和较高的模式分辨率的优点。发明内容本发明的目的是要提出一种用于电子枪蒸发镀膜机的镀制渐变反射 率镜的镀膜装置及镀膜方法。该装置应具有结构简单、紧凑、操作容易 的特点，可以在同一个真空环境下镀制出符合要求的渐变反射率镜，不 需要重复抽真空。本发明的技术解决方案如下一种用于电子枪蒸发镀膜机的镀制渐变反射率镜的镀膜装置，包括 安装架，其特征在于该安装架与一水平基板固定相连，在该基板之上通 过支撑杆连接一水平电机安装板，该电机安装板上设有第一步进电机和 第二步进电机，所述的第一步进电机和第二步进电机通过第一弹性联轴 器和第二弹性联轴器分别与挡板安装盘旋转轴和基片旋转轴连接，所述 的基片旋转轴和挡板安装盘旋转轴通过轴承分别安装在所述的基板上， 所述的基片旋转轴和挡板安装盘旋转轴的下端分别与夹具支架和挡板安 装盘连接，所述的夹具支架与供待镀膜的基片放置的基片夹具连接，所 述的挡板安装盘设置了尺寸相同的第一圆孔和第二圆孔，第一圆孔用于 安装镀制变化厚度层的挡板，第二圆孔不安装挡板，所述的挡板安装盘 的边缘上还设置了第一小圆孔和第二小圆孔，所述的第一小圆孔与第一 圆孔的圆心在该挡板安装盘的同一直径上，第二小圆孔的圆心和第二圆 孔的圆心在该挡板安装盘的另一直径上，而且该两直径相互垂直；所述的基板的下方的一侧固定一侧板，所述的侧板的内侧安装一光 电开关支架，所述的光电开关支架上安装一凹槽式光电开关，当所述的 挡板安装盘被第一步进电机驱动旋转时，所述的第一小圆孔和第二小圆 孔旋转至所述的光电开关的凹槽时，所述的光电开关将发出定位信号， 通过控制器使所述的挡板安装盘定位不动；所述的镀制变化厚度层的挡板的通孔具有特定的形状，由所镀制的 渐变反射率镜设计决定；
所述的第二步进电机和第一步进电机通过真空室内的信号接口与室 外的步进电机驱动器连接，该步进电机驱动器与控制器相连，所述的光 电开关与控制器连接。所述的安装架的结构与现有夹具安装架相同。利用上述的渐变反射率镜的镀膜装置进行镀膜的方法，包括下列步骤① 按常规利用计算机程序设计并制作所述的镀制变化厚度层的挡板；② 将所述的挡板放置在所述的挡板安装盘的第一圆孔中，所述的待 镀膜基片置于所述的基片夹具里，将所述的渐变反射率镜的镀膜装置的 安装架安装在所述的电子枪蒸发镀膜机的真空室的夹具安装架的位置；(D启动所述的步进电机驱动器和控制器的电源，通过控制器控制所 述的步进电机驱动器，驱动第一步进电机，使挡板安装盘的第二圆孔转 至所述的待镀膜基片的正下方，这时所述的光电开关通过所述的第二小 圆孔发出定位信号，令所述的挡板安装盘定位不动，关闭真空室门并开始抽真空；④ 在镀膜开始后，通过控制器控制所述的步进电机驱动器驱动第二 步进电机匀速转动，带动基片夹具里的基片作匀速转动，按常规方法首先镀制所需的均匀厚度膜层；⑤ 镀制中间非均匀厚度膜层所述的控制器通过步进电机驱动器驱动第一歩进电机带动挡板安装盘沿顺时针方向缓慢旋转，直至所述的挡 板旋转至基片夹具让所述的基片正下方，这时第一小圆孔恰好通过光电 开关的凹槽，光电开关发出信号并令挡板安装盘停止转动并锁定，在通 过控制器驱动第二歩进电机匀速转动，带动基片夹具让所述的基片作匀速转动，镀制非均匀厚度膜层；⑥ 镀制其余的均匀厚度膜层所述的控制器控制步进电机驱动器驱动第一歩进电机带动挡板安装盘沿逆时针方向缓慢旋转，直至第二圆孔 转至所述的基片正下方，这时光电开关发出信号令挡板安装盘锁定，再 按常规方法镀制其余的所需的均匀厚度膜层；⑦完成基片镀膜后，按常规从真空室中取出并处理已镀膜基片。 本发明的技术效果；；1、 本发明渐变反射率镜的镀膜装置基于原有的光学镀膜机，只要把 所述的装置安装在真空室内，连接信号线就可以使用。2、 本发明使用步进电机驱动基片和挡板安装盘。步进电机可以控制基片匀速旋转。通过步进电机驱动器的细分，步进电机的转角可以做到 很小，从而精确控制挡板安装盘的转角。3、 本发明使用光电开关对挡板位置进行定位。在挡板安装盘边缘设置两个小圆孔，该小圆孔分别与两圆孔的圆心位于挡板安装盘的同一直 径上。旋转挡板安装盘，当小圆孔通过光电开关凹槽时，光电开关发出 信号，即可对挡板定位。4、 本发明中挡板安装盘和基片夹具的上下位置可以调整，因此挡板 与基片间的距离可作调整。5、 本发明可以在一个真空环境中完成渐变反射率镜的整个镀膜流 程，不需要重复抽真空。
图1是箱式电子枪热蒸发镀膜机的真空室结构示意图 图2是本发明渐变反射率镜的镀膜装置的立体图 图3是本发明渐变反射率镜的镀膜装置的结构示意图 图4是本发明装置中挡板安装盘和挡板的示意图 图5是本发明挡板形状设计程序流程图 图6为实施例挡板设计形状具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本 发明的保护范围。先请参阅图1、图2和图3，图1是现有的电子枪热蒸发镀膜机的真 空室结构示意图，图2是本发明渐变反射率镜的镀膜装置的立体图，图 3是本发明渐变反射率镜的镀膜装置的结构示意图。由图可见，本发明 渐变反射率镜的镀膜装置，包括安装架11,该安装架11与一水平基板15固定相连，在该基板15之上通过支撑杆18连接一水平电机安装板6， 该电机安装板6上设有第一步进电机9和第二歩进电机14，所述的第一 歩进电机9和第二步进电机14通过第一弹性联轴器28和第二弹性联轴 器27分别与挡板安装盘旋转轴16和基片旋转轴17连接，所述的基片旋 转轴17和挡板安装盘旋转轴16通过轴承分别安装在所述的基板15上， 所述的基片旋转轴17和挡板安装盘旋转轴16的下端分别与夹具支架7 和挡板安装盘13连接，所述的夹具支架7与供待镀膜的基片放置的基片 夹具12连接，所述的挡板安装盘13设置了尺寸相同的第一圆孔20和第 二圆孔21，参见图4，第一圆孔20用于安装镀制变化厚度层的挡板26， 第二圆孔21不安装挡板，所述的挡板安装盘13的边缘上还设置了第一 小圆孔22和第二小圆孔23，所述的第一小圆孔22与第一圆孔20的圆 心在该挡板安装盘13的同一直径上，第二小圆孔23的圆心和第二圆孔 21的圆心在该挡板安装盘13的另一直径上，而且该两直径相互垂直；所述的基板15的下方的一侧固定一侧板10，参见图3所述的侧板 10的内侧安装一光电开关支架8，所述的光电开关支架8上安装一凹槽 式光电开关19，当所述的挡板安装盘13被第一歩进电机9驱动旋转时， 所述的第一小圆孔22和第二小圆孔23旋转至所述的光电开关19的凹槽 时，所述的光电开关19将发出定位信号，使所述的挡板安装盘13定位 不动；所述的镀制变化厚度层的挡板26的通孔具有特定的形状，由所镀制 的渐变反射率镜设计决定；所述的第二歩进电机14和第一步进电机9通过真空室内的信号接口 与室外的步进电机驱动器24连接，该步进电机驱动器24与控制器25 相连，所述的光电开关19与控制器25连接。所述的安装架11的结构与现有夹具安装架3相同。以便本发明装置 的安装。
利用本发明的渐变反射率镜的镀膜装置进行镀膜的方法，其特征在 于包括下列步骤① 利用计算机程序设计并制作所述的镀制变化厚度层的挡板26;② 将所述的挡板26放置在所述的挡板安装盘13的第一圆孔20中， 所述的待镀膜基片置于所述的基片夹具12里，将所述的渐变反射率镜的镀膜装置的安装架11安装在所述的电子枪蒸发镀膜机的真空室的夹具安装架3的位置；③ 启动所述的步进电机驱动器24和控制器25的电源，通过控制器 25控制所述的步进电机驱动器24，驱动第一歩进电机9，使挡板安装盘 13的第二圆孔21转至所述的待镀膜基片的正下方，这时所述的光电开 关19通过所述的第二小圆孔23发出定位信号，令所述的挡板安装盘13 定位不动，关闭真空室门并开始抽真空；④ 在镀膜开始后，通过控制器25控制所述的步进电机驱动器24驱 动第二歩进电机14匀速转动，带动基片夹具12里的基片作匀速转动， 按常规方法首先镀制所需的均匀厚度膜层；⑤ 镀制中间非均匀厚度膜层所述的控制器25通过步进电机驱动器 24驱动第一步进电机9带动挡板安装盘13沿顺时针方向缓慢旋转，直 至所述的挡板26旋转至基片夹具12让所述的基片正下方，这时第一小 圆孔22恰好通过光电开关19的凹槽，光电开关19发出信号并令挡板安 装盘13停止转动并锁定，在通过控制器25驱动第二步进电机14匀速转 动，带动基片夹具12让所述的基片作匀速转动，镀制非均匀厚度膜层；(D镀制其余的均匀厚度膜层:所述的控制器25控制歩进电机驱动器 24驱动第一步进电机9带动挡板安装盘13沿逆时针方向缓慢旋转，直 至第二圆孔21转至所述的基片正下方，这时光电开关19发出信号令挡 板安装盘13锁定，再按常规方法镀制其余的所需的均匀厚度膜层； ⑦完成基片镀膜后，按常规从真空室中取出并处理已镀膜基片。 所述的挡板26的形状可以通过计算机的程序设计，程序的流程图如 图5所示。所述的挡板26的形状的设计不是本发明的内容，故在此恕我
不详细描述。首先把使用膜料的折射率、激光波长和描述反射率轮廓曲 线= & exp[-2(Ww)"]的有关参数和装置的安装参数等输入程序中。利用计算机设计挡板并非本发明的内容，这里仅举一实施例作简单说明。如使用两种膜料的折射率分别为1.46和2.05;激光波长是1064nm;中 心最大反射率是0.85;高斯半径w二8mm;高斯曲线阶数n-3;蒸发源1 到基片距离&300mm，挡板到基片的距离^5mm。运行程序，可以得 出设计出的膜系和挡板形状。实施例的计算可以得出7层膜系(HL》3H， 其中第4层为变化厚度层。通常在镀制设计的7层膜系之前，还应镀制 2层的减反膜，即S+AR+(HL广3H。计算得出挡板的形状如图6所示。通过计算出的结果，在薄铝片上修剪出设计的挡板26的形状。然后 把该挡板26放置在挡板安装盘13的第一圆孔20上。把需要镀膜的基片 放在基片夹具12里并安装到夹具支架7里。将本发明渐变反射率镜的镀 膜装置安装在铍膜机的真空室内，按照要求连接所述的歩进电机和光电 开关19的相关连接线。首先接通光电开关19的电源，手动旋转挡板安 装盘13，当光电开关19通过第二小圆孔23发出信号时，停止旋转挡板 安装盘13。这时第二圆孔21处于要镀膜的基片正下方。打开驱动器24 与控制器25电源，这时第二步进电机14和第一步进电机9锁住不动。 因此挡板安装盘13和基片夹具12的位置也被锁住。关闭真空室门然后 抽真空。真空室内抽到指定的真空度后。利用控制器25驱动第二步进电机 14控制基片以一定的速度匀速旋转。根据设计的膜系，按照常规方法在 基片上镀上2层减反膜和3层的均匀厚度层。由于这几层都不使用挡板 26，因此挡板安装盘13继续锁定。按照常规操作，镀制完减反膜和3 层的均匀厚度层，要镀制第4层，也就是变化厚度层时，控制器25输出 脉冲驱动第一歩进电机9让挡板安装盘13沿顺时针缓慢旋转，直至挡板 26旋转至基片正下方，这时光电开关19发出的光通过第二小圆孔22， 光电开关19发出信号并令挡板安装盘13停止转动。相对于原来位置， 挡板安装盘13转动了90度。这时挡板26正好位于待镀膜的基片正下方。 镀制完变化厚度层后，由于其余3层都为均匀厚度层，都不使用挡板。 因此令控制器25输出脉冲驱动第一步进电机9让挡板安装盘13沿逆时针旋转90度，使挡板安装盘13的第二圆孔21位于待镀膜的基片正下方。 镀制完其余的3层均匀厚度层后，关闭第一步进电机9、第二步进电机 14和光电开关19的电源。按照常规操作流程取出基片。
权利要求
1、 一种用于电子枪蒸发镀膜机的镀制渐变反射率镜的镀膜装置，包括安装架(11)，其特征在于该安装架(11)与一水平基板(15)固定相 连，在该基板(15)之上通过支撑杆(18)连接一水平电机安装板(6)， 该电机安装板(6)上设有第一步进电机(9)和第二步进电机(14)，所 述的第一步进电机(9)和第二步进电机(14)通过第一弹性联轴器(28) 和第二弹性联轴器(27)分别与挡板安装盘旋转轴(16)和基片旋转轴(17)连接，所述的基片旋转轴(17)和挡板安装盘旋转轴(16)通过 轴承分别安装在所述的基板(15)上，所述的基片旋转轴(17)和挡板 安装盘旋转轴(16)的下端分别与夹具支架(7)和挡板安装盘(13)连 接，所述的夹具支架(7)与供待镀膜的基片放置的基片夹具(12)连接， 所述的挡板安装盘(13)设置了尺寸相同的第一圆孔(20)和第二圆孔(21)，第一圆孔(20)用于安装镀制变化厚度层的挡板(26)，第二圆 孔(21)不安装挡板，所述的挡板安装盘(13)的边缘上还设置了第一 小圆孔(22)和第二小圆孔(23)，所述的第一小圆孔(22)与第一圆孔(20)的圆心在该挡板安装盘(13)的同一直径上，第二小圆孔(23) 的圆心和第二圆孔(21)的圆心在该挡板安装盘(13)的另一直径上， 该两直径相互垂直；所述的基板(15)的下方的一侧固定一侧板(10)，所述的侧板(10) 的内侧安装一光电开关支架(8)，所述的光电开关支架(8)上安装一凹 槽式光电开关(19)，当所述的挡板安装盘(13)被第一步进电机(9) 驱动旋转时，所述的第一小圆孔(22)或第二小圆孔(23)旋转至所述 的光电开关(19)的凹槽时，所述的光电开关(19)将通过所述的第一 小圆孔(22)或第二小圆孔(23)发出定位信号，使所述的挡板安装盘(13)定位不动所述的镀制变化厚度层的挡板(26)的通孔具有特定的形状，由所 镀制的渐变反射率镜的设计决定 ，所述的第二步进电机(14)和第一步进电机(9)通过真空室内的信号接口与室外的步进电机驱动器(24)连接，该步进电机驱动器(24)与控制器(25)相连，所述的光电开关(19)与控制器(25)相连接。
2、 根据权利要求1所述的渐变反射率镜的镀膜装置，其特征在于所 述的安装架(11)的结构与现有夹具安装架(3)相同。
3、 一种利用权利要求1所述的渐变反射率镜的镀膜装置进行镀膜的 方法，其特征在于包括下列步骤① 利用计算机程序设计并制作所述的镀制变化厚度层的挡板(26);② 将所述的挡板(26)放置在所述的挡板安装盘(13)的第一圆孔 (20)中，所述的待镀膜基片置于所述的基片夹具(12)里，将所述的渐变反射率镜的镀膜装置的安装架(11)安装在所述的电子枪蒸发镀膜 机的真空室的夹具安装架(3)的位置；③ 启动所述的步进电机驱动器(24)和控制器(25)的电源，通过 控制器(25)控制所述的歩进电机驱动器(24)，驱动第一步进电机(9)， 使挡板安装盘(13)的第二圆孔(21)转至所述的待镀膜基片的正下方， 这时所述的光电开关(19)通过所述的第二小圆孔(23)发出定位信号， 令所述的挡板安装盘(13)定位不动，关闭真空室门并开始抽真空；④ 在镀膜开始后，通过控制器(25)控制所述的步进电机驱动器(24) 驱动第二步进电机(14)匀速转动，带动基片夹具(12)里的待镀膜基 片作匀速转动，按常规方法首先镀制所需的均匀厚度膜层；⑤ 镀制中间非均匀厚度膜层所述的控制器(25)通过步进电机驱 动器(24)驱动第一步进电机(9)带动挡板安装盘(13)沿顺时针方向 缓慢旋转，直至所述的挡板(26)旋转至基片夹具(12)让所述的待镀 膜基片正下方，这时第一小圆孔(22)恰好通过光电开关(19)的凹槽， 光电开关(19)发出信号并令挡板安装盘(13)停止转动并锁定，在通 过控制器(25)驱动第二步进电机(14)匀速转动，带动基片夹具(12) 让所述的待镀膜基片作匀速转动，镀制非均匀厚度膜层；⑥ 镀制其余的均匀厚度膜层所述的控制器(25)控制步进电机驱 动器(24)驱动第一步进电机(9)带动挡板安装盘(13)沿逆时针方向缓慢旋转，直至第二圆孔(21)转至所述的待镀膜基片正下方，这时光 电开关(19)发出信号令挡板安装盘(13)锁定，再按常规方法镀制其 余的所需的均匀厚度膜层；⑦完成基片镀膜后，按常规从真空室中取出并处理已镀膜基片。
全文摘要
一种用于在原有镀膜机真空室内的镀制渐变反射率镜的镀膜装置及镀膜方法。镀膜装置包括安装架、步进电机、基片夹具、挡板安装盘、挡板、定位组件、支撑组件和传动组件；该安装架把该装置安装在真空室内；该挡板根据变化厚度层的要求而设；该步进电机和该传动机构控制该基片夹具和挡板安装盘的转动；该定位组件对挡板的位置作定位。镀膜方法包括把基片放置于基片夹具内；把挡板放置于挡板安装盘内；步进电机控制基片夹具匀速旋转；步进电机和定位组件控制挡板安装盘的转动和停止，以此把挡板或圆孔至于基片下。镀制均匀厚度层时，把圆孔置于基片下；镀制变化厚度层时，把挡板置于基片下。本发明具有结构简单、紧凑、操作容易的特点，可以在同一基片上镀制均匀厚度层和变化厚度层，从而得到渐变反射率镜。
文档编号G02B1/10GK101122640SQ200710046248
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月21日 优先权日2007年9月21日
发明者吕国暖, 葵 易, 曾维强, 王善成 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所