專利名稱：一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)器件，尤其是涉及一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件。
背景技術(shù)：
在人們的日常生活中的許多場(chǎng)合，均會(huì)使用光學(xué)窗口器件，如在超市中廣泛使用的臺(tái)式條形碼閱讀器中。這種光學(xué)窗口器件的一個(gè)特點(diǎn)是它要承擔(dān)每天上萬(wàn)次的貨物接觸，同時(shí)還在條形碼閱讀器的光學(xué)系統(tǒng)中參與成像，除了對(duì)窗口表面抗損傷、抗沖擊的要求之外，還對(duì)窗口的面形、可見(jiàn)光透過(guò)率都有光學(xué)級(jí)的要求。目前此類光學(xué)窗口器件多由透可見(jiàn)光的基體光學(xué)材料及貼蓋在基體光學(xué)材料表面的藍(lán)寶石片構(gòu)成。但是存在的問(wèn)題是這種光學(xué)窗口器件的尺寸通常較大，而大尺寸的藍(lán)寶石生產(chǎn)技術(shù)只有美國(guó)和日本的少數(shù)企業(yè)掌握，國(guó)內(nèi)尚無(wú)廠家能夠生產(chǎn)，由此也造成了產(chǎn)品的價(jià)格非常昂貴。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制造方便，價(jià)格便宜且具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率的高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括光學(xué)材料基板和設(shè)置在所述的光學(xué)材料基板上的保護(hù)層，所述的保護(hù)層包括一層厚度大于4000nm的復(fù)合鍍層和一層增透層，所述的復(fù)合鍍層由多個(gè)組合單元層組成， 所述的組合單元層由厚度為10 120nm的氧化硅層和厚度為100 IOOOnm的碳化硅層構(gòu)成，所述的碳化硅層表面的顆粒嵌入所述的氧化硅層。所述的增透層包括厚度為10 IOOnm的第一輔助氧化硅層、厚度為10 50nm的第二輔助氧化硅層和設(shè)置在所述的第一輔助氧化硅層與所述的第二輔助氧化硅層之間的厚度為10 IOOnm的氮化硅層，所述的復(fù)合鍍層中的最外層的碳化硅層表面的顆粒嵌入所述的第一輔助氧化硅層。所述的增透層的表面設(shè)置有一層透明的折射率范圍為1. 4 1. 6高分子材料薄膜。所述的高分子材料薄膜是PMMA薄膜或聚苯乙烯薄膜，也可以是其它具有相類似性能的高分子材料制成的薄膜。所述的光學(xué)材料基板是鋼化玻璃，也可以是由透可見(jiàn)光的光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料、光學(xué)樹(shù)脂或光學(xué)晶體等材料制成的基板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)在光學(xué)材料基板的表面設(shè)置保護(hù)層，且保護(hù)層包括一層厚度大于4000nm的復(fù)合鍍層和一層增透層，復(fù)合鍍層由多個(gè)組合單元層組成，組合單元層由厚度為10 120nm的氧化硅層和厚度為100 IOOOnm的碳化硅層構(gòu)成，該保護(hù)層具有高硬度和低磨擦系數(shù)且具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率，經(jīng)測(cè)試，硬度可達(dá)到2000HV以上，摩擦系數(shù)小于0. 2，且在620nm 670nm的光譜范圍內(nèi)的透過(guò)率達(dá)到85% 左右；在增透層的表面再設(shè)置一層透明的高分子材料薄膜，則可以進(jìn)一步降低表面摩擦系數(shù)。本實(shí)用新型的光學(xué)窗口器件制造方便，價(jià)格便宜且具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率，壽命可以達(dá)到在光學(xué)材料表面貼蓋藍(lán)寶石片的光學(xué)窗口器件的四分之一，而成本則相當(dāng)于在光學(xué)材料表面貼蓋藍(lán)寶石片的光學(xué)窗口器件的十分之一。

圖1為本實(shí)用新型的光學(xué)窗口器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的光學(xué)窗口器件放大后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例一一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括鋼化玻璃1和設(shè)置在鋼化玻璃1上的保護(hù)層2，保護(hù)層2包括一層復(fù)合鍍層3和一層增透層4，復(fù)合鍍層3的厚度為 4320nm,由14個(gè)組合單元層5組成，組合單元層5由厚度為60nm的氧化硅層和厚度為300nm 的碳化硅層構(gòu)成，碳化硅層52表面的顆粒嵌入氧化硅層51，增透層4包括厚度為60nm的第一輔助氧化硅層41和厚度為20nm的第二輔助氧化硅層42，在第一輔助氧化硅層41與第二輔助氧化硅層42之間設(shè)置有厚度為60nm的氮化硅層43，復(fù)合鍍層3中的最外層的碳化硅層52表面的顆粒嵌入第一輔助氧化硅層41，增透層4的表面設(shè)置有一層厚度為15nm的聚苯乙烯薄膜6。實(shí)施例二 一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括鋼化玻璃1和設(shè)置在鋼化玻璃1上的保護(hù)層2，保護(hù)層2包括一層復(fù)合鍍層3和一層增透層4，復(fù)合鍍層3的厚度為 4200nm，由20個(gè)組合單元層5組成，組合單元層5由厚度為IOnm的氧化硅層和厚度為200nm 的碳化硅層構(gòu)成，碳化硅層52表面的顆粒嵌入氧化硅層51，增透層4包括厚度為20nm的第一輔助氧化硅層41和厚度為50nm的第二輔助氧化硅層42，在第一輔助氧化硅層41與第二輔助氧化硅層42之間設(shè)置有厚度為SOnm的氮化硅層43，復(fù)合鍍層3中的最外層的碳化硅層52表面的顆粒嵌入第一輔助氧化硅層41，增透層4的表面設(shè)置有一層厚度為20nm的聚苯乙烯薄膜6。實(shí)施例三一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括鋼化玻璃1和設(shè)置在鋼化玻璃1上的保護(hù)層2，保護(hù)層2包括一層復(fù)合鍍層3和一層增透層4，復(fù)合鍍層3的厚度為 5000nm,由10個(gè)組合單元層5組成，組合單元層5由厚度為IOOnm的氧化硅層和厚度為 400nm的碳化硅層構(gòu)成，碳化硅層52表面的顆粒嵌入氧化硅層51，增透層4包括厚度為 IOOnm的第一輔助氧化硅層41和厚度為30nm的第二輔助氧化硅層42，在第一輔助氧化硅層41與第二輔助氧化硅層42之間設(shè)置有厚度為40nm的氮化硅層43，復(fù)合鍍層3中的最外層的碳化硅層52表面的顆粒嵌入第一輔助氧化硅層41，增透層4的表面設(shè)置有一層厚度為 IOnm 的 PMMA 薄膜 6。上述實(shí)施例中的PMMA薄膜或聚苯乙烯薄膜可以用其它由透明的折射率范圍為 1. 4 1. 6高分子材料制成的薄膜來(lái)替代，而鋼化玻璃也可以用由透可見(jiàn)光的光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料、光學(xué)樹(shù)脂或光學(xué)晶體等材料制成的基板來(lái)替代。下表是上述三個(gè)實(shí)施例樣品的測(cè)試結(jié)果樣品膜層厚度(nm)透過(guò)率(633nm)620-670nm平均透過(guò)率硬度(HV)摩擦系數(shù)實(shí)施例一447585.2%83%20080.15實(shí)施例二437086%83.3%20020.14實(shí)施例三518085%83.3%20180.14以下介紹一種制備上述三個(gè)實(shí)施例中復(fù)合鍍層和增透層的方法用日本 SHINCR0N公司的RAS-1100C型磁控濺射鍍膜機(jī)(RAS鍍膜機(jī))作為制備設(shè)備，用非晶碳化硅和硅分別制成非晶碳化硅靶材和硅靶材，將鋼化玻璃放置在磁控濺射鍍膜機(jī)蒸著室中，抽真空并設(shè)定工作溫度為75°C，當(dāng)磁控濺射鍍膜機(jī)蒸著室中的真空度達(dá)到3. OX 10_4Pa以上， 并通過(guò)加熱達(dá)到設(shè)定的工作溫度后，再進(jìn)行以下步驟①通過(guò)對(duì)硅靶材的濺射使硅析出，同時(shí)向蒸著室內(nèi)充入氧氣，控制硅析出的速度和充入氧氣的速度，按0. 4nm/s的蒸著速率形成氧化硅層；②通過(guò)對(duì)非晶碳化硅靶材和硅靶材的濺射使非晶碳和硅析出，控制非晶碳化硅和硅析出的速度，按0. lnm/s的蒸著速率形成碳化硅層；③充入氫氣70秒使氫離子滲入鍍層，控制充入氫氣的體積為整個(gè)蒸著室體積的3% ；④重復(fù)步驟① ③，完成復(fù)合鍍層的蒸著；⑤通過(guò)對(duì)硅靶材的濺射使硅析出，同時(shí)向蒸著室內(nèi)充入氧氣，通過(guò)控制硅析出的速度和充入氧氣的速度，在復(fù)合鍍層的表面以0. 4nm/s的蒸著速率形成第一輔助氧化硅層；⑥ 通過(guò)對(duì)硅靶材的濺射使硅析出，同時(shí)向蒸著室內(nèi)充入氮?dú)?，通過(guò)控制硅析出的速度和充入氮?dú)獾乃俣?，在?fù)合鍍層的表面以0. 5nm/s的蒸著速率形成氮化硅層；⑦過(guò)對(duì)硅靶材的濺射使硅析出，同時(shí)向蒸著室內(nèi)充入氧氣，通過(guò)控制硅析出的速度和充入氧氣的速度，在復(fù)合鍍層的表面以0. 6nm/s的蒸著速率形成第二輔助氧化硅層；⑧當(dāng)溫度冷卻到20°C左右時(shí)， 將氬氣充滿蒸著室，然后再打開(kāi)鍍膜機(jī)，取出成品。而在增透層的表面再形成一層透明的高分子材料薄膜同樣只需要將相應(yīng)的材料制成靶材就行了。
權(quán)利要求1.一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括光學(xué)材料基板和設(shè)置在所述的光學(xué)材料基板上的保護(hù)層，其特征在于所述的保護(hù)層包括一層厚度大于4000nm的復(fù)合鍍層和一層增透層，所述的復(fù)合鍍層由多個(gè)組合單元層組成，所述的組合單元層由厚度為10 120nm的氧化硅層和厚度為100 IOOOnm的碳化硅層構(gòu)成，所述的碳化硅層表面的顆粒嵌入所述的氧化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，其特征在于所述的增透層包括厚度為10 IOOnm的第一輔助氧化硅層、厚度為10 50nm的第二輔助氧化硅層和設(shè)置在所述的第一輔助氧化硅層與所述的第二輔助氧化硅層之間的厚度為10 IOOnm的氮化硅層，所述的復(fù)合鍍層中的最外層的碳化硅層表面的顆粒嵌入所述的第一輔助氧化硅層
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，其特征在于所述的增透層的表面設(shè)置有一層透明的折射率范圍為1. 4 1. 6高分子材料薄膜。
4.如權(quán)利要求3所述的一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，其特征在于所述的高分子材料薄膜是PMMA薄膜或聚苯乙烯薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，其特征在于所述的光學(xué)材料基板是鋼化玻璃。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高硬度低摩擦的光學(xué)窗口器件，包括光學(xué)材料基板和設(shè)置在光學(xué)材料基板上的保護(hù)層，特點(diǎn)是保護(hù)層包括一層厚度大于4000nm的復(fù)合鍍層和一層增透層，復(fù)合鍍層由多個(gè)組合單元層組成，組合單元層由厚度為10～120nm的氧化硅層和厚度為100～1000nm的碳化硅層構(gòu)成，碳化硅層表面的顆粒嵌入氧化硅層，優(yōu)點(diǎn)是具有高硬度和低磨擦系數(shù)且具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率，經(jīng)測(cè)試，硬度可達(dá)到2000HV以上，摩擦系數(shù)小于02，且在620nm～670nm的光譜范圍內(nèi)的透過(guò)率達(dá)到85％左右，且制造方便，價(jià)格便宜，壽命可以達(dá)到在光學(xué)材料表面貼蓋藍(lán)寶石片的光學(xué)窗口器件的四分之一，而成本則相當(dāng)于在光學(xué)材料表面貼蓋藍(lán)寶石片的光學(xué)窗口器件的十分之一。
文檔編號(hào)G02B7/00GK202075477SQ201120175018
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者崔志英, 曹春玲, 毛磊, 肖博智 申請(qǐng)人:寧波永新光學(xué)股份有限公司