专利名称：一种高硬度低摩擦的光学窗口器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学器件，尤其是涉及一种高硬度低摩擦的光学窗口器件。
背景技术：
在人们的日常生活中的许多场合，均会使用光学窗口器件，如在超市中广泛使用的台式条形码阅读器中。这种光学窗口器件的一个特点是它要承担每天上万次的货物接触，同时还在条形码阅读器的光学系统中参与成像，除了对窗口表面抗损伤、抗冲击的要求之外，还对窗口的面形、可见光透过率都有光学级的要求。目前此类光学窗口器件多由透可见光的基体光学材料及贴盖在基体光学材料表面的蓝宝石片构成。但是存在的问题是这种光学窗口器件的尺寸通常较大，而大尺寸的蓝宝石生产技术只有美国和日本的少数企业掌握，国内尚无厂家能够生产，由此也造成了产品的价格非常昂贵。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种制造方便，价格便宜且具有良好的可见光透过率的高硬度低摩擦的光学窗口器件。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括光学材料基板和设置在所述的光学材料基板上的保护层，所述的保护层包括一层厚度大于4000nm的复合镀层和一层增透层，所述的复合镀层由多个组合单元层组成， 所述的组合单元层由厚度为10 120nm的氧化硅层和厚度为100 IOOOnm的碳化硅层构成，所述的碳化硅层表面的颗粒嵌入所述的氧化硅层。所述的增透层包括厚度为10 IOOnm的第一辅助氧化硅层、厚度为10 50nm的第二辅助氧化硅层和设置在所述的第一辅助氧化硅层与所述的第二辅助氧化硅层之间的厚度为10 IOOnm的氮化硅层，所述的复合镀层中的最外层的碳化硅层表面的颗粒嵌入所述的第一辅助氧化硅层。所述的增透层的表面设置有一层透明的折射率范围为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类似性能的高分子材料制成的薄膜。所述的光学材料基板是钢化玻璃，也可以是由透可见光的光学玻璃、光学塑料、光学树脂或光学晶体等材料制成的基板。与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过在光学材料基板的表面设置保护层，且保护层包括一层厚度大于4000nm的复合镀层和一层增透层，复合镀层由多个组合单元层组成，组合单元层由厚度为10 120nm的氧化硅层和厚度为100 IOOOnm的碳化硅层构成，该保护层具有高硬度和低磨擦系数且具有良好的可见光透过率，经测试，硬度可达到2000HV以上，摩擦系数小于0. 2，且在620nm 670nm的光谱范围内的透过率达到85% 左右；在增透层的表面再设置一层透明的高分子材料薄膜，则可以进一步降低表面摩擦系数。本实用新型的光学窗口器件制造方便，价格便宜且具有良好的可见光透过率，寿命可以达到在光学材料表面贴盖蓝宝石片的光学窗口器件的四分之一，而成本则相当于在光学材料表面贴盖蓝宝石片的光学窗口器件的十分之一。
图1为本实用新型的光学窗口器件的结构示意图；图2为本实用新型的光学窗口器件放大后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。实施例一一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括钢化玻璃1和设置在钢化玻璃1上的保护层2，保护层2包括一层复合镀层3和一层增透层4，复合镀层3的厚度为 4320nm,由14个组合单元层5组成，组合单元层5由厚度为60nm的氧化硅层和厚度为300nm 的碳化硅层构成，碳化硅层52表面的颗粒嵌入氧化硅层51，增透层4包括厚度为60nm的第一辅助氧化硅层41和厚度为20nm的第二辅助氧化硅层42，在第一辅助氧化硅层41与第二辅助氧化硅层42之间设置有厚度为60nm的氮化硅层43，复合镀层3中的最外层的碳化硅层52表面的颗粒嵌入第一辅助氧化硅层41，增透层4的表面设置有一层厚度为15nm的聚苯乙烯薄膜6。实施例二 一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括钢化玻璃1和设置在钢化玻璃1上的保护层2，保护层2包括一层复合镀层3和一层增透层4，复合镀层3的厚度为 4200nm，由20个组合单元层5组成，组合单元层5由厚度为IOnm的氧化硅层和厚度为200nm 的碳化硅层构成，碳化硅层52表面的颗粒嵌入氧化硅层51，增透层4包括厚度为20nm的第一辅助氧化硅层41和厚度为50nm的第二辅助氧化硅层42，在第一辅助氧化硅层41与第二辅助氧化硅层42之间设置有厚度为SOnm的氮化硅层43，复合镀层3中的最外层的碳化硅层52表面的颗粒嵌入第一辅助氧化硅层41，增透层4的表面设置有一层厚度为20nm的聚苯乙烯薄膜6。实施例三一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括钢化玻璃1和设置在钢化玻璃1上的保护层2，保护层2包括一层复合镀层3和一层增透层4，复合镀层3的厚度为 5000nm,由10个组合单元层5组成，组合单元层5由厚度为IOOnm的氧化硅层和厚度为 400nm的碳化硅层构成，碳化硅层52表面的颗粒嵌入氧化硅层51，增透层4包括厚度为 IOOnm的第一辅助氧化硅层41和厚度为30nm的第二辅助氧化硅层42，在第一辅助氧化硅层41与第二辅助氧化硅层42之间设置有厚度为40nm的氮化硅层43，复合镀层3中的最外层的碳化硅层52表面的颗粒嵌入第一辅助氧化硅层41，增透层4的表面设置有一层厚度为 IOnm 的 PMMA 薄膜 6。上述实施例中的PMMA薄膜或聚苯乙烯薄膜可以用其它由透明的折射率范围为 1. 4 1. 6高分子材料制成的薄膜来替代，而钢化玻璃也可以用由透可见光的光学玻璃、光学塑料、光学树脂或光学晶体等材料制成的基板来替代。下表是上述三个实施例样品的测试结果样品膜层厚度(nm)透过率(633nm)620-670nm平均透过率硬度(HV)摩擦系数实施例一447585.2%83%20080.15实施例二437086%83.3%20020.14实施例三518085%83.3%20180.14以下介绍一种制备上述三个实施例中复合镀层和增透层的方法用日本 SHINCR0N公司的RAS-1100C型磁控溅射镀膜机(RAS镀膜机)作为制备设备，用非晶碳化硅和硅分别制成非晶碳化硅靶材和硅靶材，将钢化玻璃放置在磁控溅射镀膜机蒸着室中，抽真空并设定工作温度为75°C，当磁控溅射镀膜机蒸着室中的真空度达到3. OX 10_4Pa以上， 并通过加热达到设定的工作温度后，再进行以下步骤①通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，控制硅析出的速度和充入氧气的速度，按0. 4nm/s的蒸着速率形成氧化硅层；②通过对非晶碳化硅靶材和硅靶材的溅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的蒸着速率形成碳化硅层；③充入氢气70秒使氢离子渗入镀层，控制充入氢气的体积为整个蒸着室体积的3% ；④重复步骤① ③，完成复合镀层的蒸着；⑤通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，通过控制硅析出的速度和充入氧气的速度，在复合镀层的表面以0. 4nm/s的蒸着速率形成第一辅助氧化硅层；⑥ 通过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氮气，通过控制硅析出的速度和充入氮气的速度，在复合镀层的表面以0. 5nm/s的蒸着速率形成氮化硅层；⑦过对硅靶材的溅射使硅析出，同时向蒸着室内充入氧气，通过控制硅析出的速度和充入氧气的速度，在复合镀层的表面以0. 6nm/s的蒸着速率形成第二辅助氧化硅层；⑧当温度冷却到20°C左右时， 将氩气充满蒸着室，然后再打开镀膜机，取出成品。而在增透层的表面再形成一层透明的高分子材料薄膜同样只需要将相应的材料制成靶材就行了。
权利要求1.一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括光学材料基板和设置在所述的光学材料基板上的保护层，其特征在于所述的保护层包括一层厚度大于4000nm的复合镀层和一层增透层，所述的复合镀层由多个组合单元层组成，所述的组合单元层由厚度为10 120nm的氧化硅层和厚度为100 IOOOnm的碳化硅层构成，所述的碳化硅层表面的颗粒嵌入所述的氧化硅层。
2.如权利要求1所述的一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，其特征在于所述的增透层包括厚度为10 IOOnm的第一辅助氧化硅层、厚度为10 50nm的第二辅助氧化硅层和设置在所述的第一辅助氧化硅层与所述的第二辅助氧化硅层之间的厚度为10 IOOnm的氮化硅层，所述的复合镀层中的最外层的碳化硅层表面的颗粒嵌入所述的第一辅助氧化硅层
3.如权利要求1或2所述的一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，其特征在于所述的增透层的表面设置有一层透明的折射率范围为1. 4 1. 6高分子材料薄膜。
4.如权利要求3所述的一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，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.如权利要求1所述的一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，其特征在于所述的光学材料基板是钢化玻璃。
专利摘要本实用新型公开了一种高硬度低摩擦的光学窗口器件，包括光学材料基板和设置在光学材料基板上的保护层，特点是保护层包括一层厚度大于4000nm的复合镀层和一层增透层，复合镀层由多个组合单元层组成，组合单元层由厚度为10～120nm的氧化硅层和厚度为100～1000nm的碳化硅层构成，碳化硅层表面的颗粒嵌入氧化硅层，优点是具有高硬度和低磨擦系数且具有良好的可见光透过率，经测试，硬度可达到2000HV以上，摩擦系数小于02，且在620nm～670nm的光谱范围内的透过率达到85％左右，且制造方便，价格便宜，寿命可以达到在光学材料表面贴盖蓝宝石片的光学窗口器件的四分之一，而成本则相当于在光学材料表面贴盖蓝宝石片的光学窗口器件的十分之一。
文档编号G02B7/00GK202075477SQ201120175018
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者崔志英, 曹春玲, 毛磊, 肖博智 申请人:宁波永新光学股份有限公司