KR20220016884A - 적외선 센싱 시스템용 반사-방지, 반사 및 흡수층을 갖는 강화된 광학 윈도우 - Google Patents

적외선 센싱 시스템용 반사-방지, 반사 및 흡수층을 갖는 강화된 광학 윈도우 Download PDF

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샨든 디 하트
칼 윌리엄 코흐 Ⅲ
카를로 앤서니 코식 윌리엄스
찰스 앤드류 폴슨
제임스 조셉 프라이스
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Abstract

센싱 시스템용 윈도우는 제공된다. 상기 윈도우는, 기판, 상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고 고굴절률 물질 및 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 여기서, 상기 고굴절률 물질의 굴절률이 저굴절률 물질의 굴절률보다 큰 적층 필름, 및 상기 적층 필름에서 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된, 적어도 8 GPa의 최대 경도를 포함한다. 상기 윈도우는: 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖는다.

Description

적외선 센싱 시스템용 반사-방지, 반사 및 흡수층을 갖는 강화된 광학 윈도우
본 출원은 2019년 6월 5일자에 출원된 미국 가출원 제62/857,502호의 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 참조로 여기에 인용되고 혼입된다.
본 개시는 적외선 센싱 시스템(infrared sensing system)용 반사-방지, 반사 및 흡수층을 갖는 강화된 광학 윈도우(window)에 관한 것이다.
광 검출 및 거리 측정(Light detection and ranging)("LIDAR") 시스템은, 레이저 및 센서를 포함한다. 레이저는, 물체에 반사될 수 있는, 레이저 빔을 방사하고, 센서는 반사된 레이저 빔을 감지한다. 레이저 빔은 펄스화되거나 또는 방사형 범위에 걸쳐 분산되어 시야를 가로질러 물체를 감지한다. 물체에 관한 정보는 감지된 반사된 레이저 빔의 특성으로부터 해독될 수 있다. 레이저 빔으로부터 물체의 거리는, 레이저 빔의 방사로부터 반사된 레이저 빔의 검출까지의 비행 시간으로부터 결정될 수 있다. 물체가 움직이면, 물체의 경로 및 속도는 도플러 주파수 측정(Doppler frequency measurements)뿐만 아니라, 시간의 함수에 따라 반사되고 감지되는 방사된 레이저 빔의 방사상 위치에서 이동으로부터 결정될 수 있다.
자동차에서의 LIDAR 시스템, 및 항공우주 또는 주택 보안 적용들과 같이, 노출된 환경에서의 기타 적외선 센싱 시스템은, 환경 및 다양한 손상의 원인으로부터, 예를 들어, 커버 렌즈(covering lens) 또는 커버 유리창이 보호될 필요가 있다. 차량은, 보조, 반-자율, 또는 완전 자율 주행을 가능하게 하는 공간 매핑 기능을 제공하는, LIDAR 시스템에 대한 또 다른 잠재적인 적용이다. 이러한 적용들에서, 레이저 이미터(laser emitter) 및 센서는, 차량의 지붕 또는 차량의 낮은 전방 부분에 장착된다. 905 ㎚ 또는 1550 ㎚에서와 같이, 가시광선의 범위 밖의 파장을 갖는 전자기 복사선(electromagnetic radiation)을 방사하는 레이저는, 차량용 LIDAR 적용들에 대해 고려된다. 암석 및 기타 물체들의 충격으로부터 레이저와 센서를 보호하기 위해, 윈도우는, 레이저 및 센서와, 상기 레이저와 센서의 가시선(line of sight)에서의 외부 환경 사이에 배치된다. 항공 우주 및 주택 보안 적용들과 같은, LIDAR 시스템의 다른 적용들의 경우, 윈도우는 유사하게 레이저/센서와 외부 환경 사이에 배치된다. 그러나, 윈도우에 충돌하는 암석 및 기타 물체들이 윈도우에 스크래치를 내거나 및 다른 타입의 손상을 일으켜, 윈도우에서 방사 및 반사된 레이저 빔을 산란시키고, 따라서, LIDAR 시스템의 효율성을 손상시키는 문제가 있다.
본 개시는 윈도우에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 물질의 하나 이상의 층을 포함하는 윈도우용 적층 필름(layered film)으로 상기 문제를 해결한다. 따라서, 윈도우에 충돌하는 암석 및 기타 물체들은 LIDAR 센서로부터 방사 및 반사된 전자기 복사선을 산란시키는 윈도우에 결함을 일으킬 가능성이 적고, 따라서, 이의 성능을 개선시킨다. 부가하여, 상기 적층 필름은 (경도 및 내스크래치성을 제공하는 물질을 포함하는) 다른 굴절률을 갖는 물질의 교번층(alternating layers)을 더욱 포함하여서, 상기 교번층의 수 및 이들의 두께는 윈도우가 1550 ㎚ 파장(및 주변 파장)의 높은 투과율 및 저반사, 뿐만 아니라, 원한다면, 가시광선 파장의 낮은 투과율 및 고반사를 갖도록 구성될 수 있다. 더욱이, 적층 필름은, 원한다면, 가시광선 파장을 흡수하는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 윈도우는 제공된다. 상기 윈도우는, 굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판; 및 상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및 적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험(Berkovich Indenter Hardness Test)에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함한다. 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사(near normal incidence)에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
본 개시의 일 구현예에 따르면, LIDAR 시스템은 제공된다. 상기 LIDAR 시스템은, 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선을 방사하는 전자기 복사선 이미터 및 센서, 및 상기 전자기 복사선의 경로 내에 윈도우를 포함한다. 상기 윈도우는, 굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판, 및 상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및 적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함한다. 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
부가적인 특색 및 장점들은 하기 상세한 설명에서 서술될 것이고, 부분적으로 하기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 명백하거나, 또는 하기 상세한 설명, 청구범위뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기재된 구현예를 실행시켜 용이하게 인지될 것이다.
전술한 배경기술 및 하기 상세한 설명 모두는 단지 대표적인 것이고, 청구범위의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 수반되는 도면은 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 병합되며, 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 구현예의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 차량의 지붕 상에 LIDAR 시스템 및 차량의 전방 부분 상에 또 다른 LIDAR 시스템을 예시하는, 외부 환경에서의 차량의 측면도;
도 2는, 윈도우를 통해 인클로저(enclosure)를 빠져나가 윈도우를 통해 반사된 복사선으로 되돌아오는 전자기 복사선을 방사하는, 인클로저 내에 전자기 복사선 이미터 및 센서를 예시하는, 도 1의 LIDAR 시스템들 중 하나의 개략도;
도 3은, 기판의 제1 표면 위의 적층 필름, 및 기판의 제2 표면 위의 제2 적층 필름을 갖는 기판을 포함하는 윈도우를 예시하는, 도 2의 Ⅲ 구역에서 취해진 도 2의 윈도우의 단면도;
도 4는, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하고, 외부 환경에 가장 가까운 말단 표면을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질의 층을 갖는, 적층 필름을 예시하는, 도 3의 Ⅳ 구역에서 취해진 도 3의 윈도우의 단면도;
도 5는, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하고, 전자기 복사선 이미터 및 센서에 가장 가까운 말단 표면을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질의 층을 갖는, 제2 적층 필름을 예시하는, 도 3의 V 구역에서 취해진 도 3의 윈도우의 단면도;
도 6a 및 도 6b는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 1에 관한 그래프;
도 6c 및 도 6d는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 1에 관한 그래프;
도 7a-7c는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 2에 관한 그래프;
도 7d 및 도 7e는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 2에 관한 그래프;
도 8a-8c는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 3에 관한 그래프;
도 8d 및 도 8e는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 3에 관한 그래프;
도 9a는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 3A에 관한 그래프;
도 9b는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 3A에 관한 그래프;
도 10a-10c는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 4에 관한 그래프;
도 10d 및 도 10e는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 4에 관한 그래프;
도 11a-11c는, 윈도우를 통한 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 투과율 퍼센트를 예시하는, 대표 윈도우, 구체적으로 실시예 5에 관한 그래프; 및
도 11d 및 도 11e는, 윈도우에서 전자기 복사선의 입사각 및 파장의 함수에 따른 전자기 복사선의 반사율 퍼센트를 예시하는, 실시예 5에 관한 그래프이다.
이하 언급은 본 바람직한 구현예에 대해 상세하게 만들어질 것이고, 이의 실시예들은 수반되는 도면에 예시된다. 가능한 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 유사한 부분을 지칭하는 것으로 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다.
이하, 도 1을 참조하면, 차량(10)은 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)을 포함한다. 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)은, 차량(10) 위 또는 내에 어느 곳에나 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)은, 차량(10)의 지붕(14) 및/또는 차량(10)의 전방 부분(16)에 배치될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하면, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)의 각각은, 인클로저(20)에 넣어질 수 있는, 당업계에 공지된 바와 같은, 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)를 포함한다. 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)는, 파장 또는 파장의 범위를 갖는 전자기 복사선(22)을 방사한다. 방사된 복사선(22)은, 방사된 전자기 복사선의 경로에 있는, 윈도우(24)를 통해 인클로저(20)를 빠져나간다. 외부 환경(26)에 물체(예시되지 않음)가 방사된 복사선(22)의 경로에 있으면, 방사된 복사선(22)은 물체에서 반사되고, 반사된 복사선(28)으로서 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)로 되돌아갈 것이다. 반사된 복사선(28)은 다시 윈도우(24)를 통과하여 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)에 도달한다. 구현예에서, 방사된 복사선(22) 및 반사된 복사선(28)은, 905 ㎚ 또는 1550 ㎚의 파장 또는 905 ㎚ 또는 1550 ㎚ 파장을 포함하는 범위를 갖는다. (가시광 스펙트럼에서 파장을 갖는 전자기 복사선, 자외선 범위의 부분, 및 원하는 905 ㎚ 및/또는 1550 ㎚ 파장보다 더 짧은 적외선 범위의 부분과 같은) 반사된 복사선(28) 이외의 전자기 복사선은, 여기에 기재된 바와 같은 윈도우(24)의 광학 특성에 따라, 윈도우(24)를 통과할 수도 있거나 또는 통과하지 않을 수도 있다. "가시 스펙트럼"은, 사람의 눈에 가시적인 전자기 스펙트럼의 부분이고, 일반적으로 약 380 ㎚ 또는 400 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선을 지칭한다. "자외선 범위"는, 약 10 ㎚ 내지 약 400 ㎚의 파장을 갖는 전자기 스펙트럼의 부분이다. 전자기 스펙트럼의 "적외선 범위"는 약 700 ㎚에서 시작하여 더 긴 파장으로 확장된다. 태양은, 이들 범위의 3가지 모두에 속하는 파장을 갖는, 보통 "태양광"으로 지칭되는, 태양 전자기 복사선을 발생시킨다.
이하, 도 3을 참조하면, 하나 이상의 LIDAR 시스템(12)의 각각에 대한 윈도우(24)는 기판(30)을 포함한다. 기판(30)은 제1 표면(32) 및 제2 표면(34)을 포함한다. 상기 제1 표면(32) 및 제2 표면(34)은 기판(30)의 주된 표면이다. 상기 제1 표면(32)은 외부 환경(26)에 가장 가깝다. 상기 제2 표면(34)은 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)에 가장 가깝다. 상기 방사된 복사선(22)은 제1 표면(32) 전에 제2 표면(34)과 만난다. 반사된 복사선(28)는 제2 표면(34) 전에 제1 표면(32)과 만난다. 기판(30)은 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 배치된 적층 필름(36)을 더욱 포함하고, 몇몇 구현예에서, 제2 적층 필름(38)은 기판(30)의 제2 표면(34) 상에 배치된다. 여기에 기재된 바와 같은 윈도우(24)는 차량 적용에 제한되지 않으며, 윈도우(24)가, 여기에 더욱 기재된 바와 같은, 개선된 충격 및 광학 성능을 제공하는데 유용할 수 있는 모든 적용에 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
여기에서 사용된 바와 같은, 용어 "배치하다"는, 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여 표면 상으로 물질을 코팅, 증착 및/또는 형성하는 것을 포함한다. 배치된 물질은, 여기에서 정의된 바와 같이, 층을 구성할 수 있다. 문구 "에 배치된"은, 물질이 표면과 직접 접촉하도록 표면 상으로 물질을 형성하는 경우를 포함하고, 또한 배치된 물질과 표면 사이에 있는 하나 이상의 개재 물질(들)를 사용하여, 물질이 표면 상에 형성되는 경우도 포함한다. 상기 개재 물질(들)은, 여기에서 정의된 바와 같이, 층을 구성할 수 있다.
기판(30)은 유리 기판일 수 있다. 유리 기판은, 소다 라임 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 함유 보로실리케이트 유리, 및 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리의 조성물을 가질 수 있지만, 다른 유리 조성물도 고려된다. 이러한 유리 조성물은 이온-교환 공정에 의해 화학적으로 강화될 수 있다. 몇몇 변형에서, 조성물은 리튬 이온이 없을 수 있다.
기판(30)용으로 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은, 알루미나, 적어도 하나의 알칼리 금속 및, 몇몇 구현예에서, 50 mol.%를 초과하는 SiO2, 다른 구현예에서, 적어도 58 mol.%의 SiO2, 및 또 다른 구현예에서, 적어도 60 mol.%의 SiO2를 포함하고, 여기서, 비 (Al2O3+B2O3)/∑개질제(즉, 개질제의 합)는 1을 초과하며, 여기서, 성분의 비는 mol.%로 표시되고, 개질제는 알칼리 금속 산화물이다. 이러한 조성물은, 특정 구현예에서: 58-72 mol.% SiO2; 9-17 mol.% Al2O3; 2-12 mol.% B2O3; 8-16 mol.% Na2O; 및 0-4 mol.% K2O를 포함하고, 여기서, 비 (Al2O3+B2O3)/∑개질제(즉, 개질제의 합)는 1을 초과한다.
기판(30)용으로 또 다른 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은: 64-68 mol.% SiO2; 12-16 mol.% Na2O; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 2-5 mol.% K2O; 4-6 mol.% MgO; 및 0-5 mol.% CaO를 포함하고, 여기서: 66 mol.% ≤ SiO2+B2O3+CaO ≤ 69 mol.%; Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO > 10 mol.%; 5 mol.% ≤ MgO+CaO+SrO ≤ 8 mol.%; (Na2O+B2O3)-Al2O3 ≤ 2 mol.%; 2 mol.% ≤ Na2O-Al2O3 ≤ 6 mol.%; 및 4 mol.% ≤ (Na2O+K2O)-Al2O3 ≤ 10 mol.%이다.
기판(30)용으로 또 다른 적합한 알칼리 알루미노실리케이트 유리 조성물은: 2 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2, 또는 4 mol.% 이상의 Al2O3 및/또는 ZrO2를 포함한다.
하나의 대표 유리 조성물은 SiO2, B2O3 및 Na2O를 포함하며, 여기서, (SiO2+B2O3) ≥ 66 mol.%, 및 Na2O ≥ 9 mol.%이다. 하나의 구현예에서, 조성물은 적어도 6 wt.%의 산화 알루미늄을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 조성물은 적어도 5 wt.%의 알칼리 토산화물을 포함한다. 하나 이상의 알칼리 토산화물의 조성물, 예컨대, 알칼리 토산화물의 함량은, 적어도 5 wt.%이다. 적합한 조성물은, 몇몇 구현예에서, K2O, MgO, 및 CaO 중 적어도 하나를 더욱 포함한다. 특정 구현예에서, 기판(30)의 조성물은, 61-75 mol.% SiO2; 7-15 mol.% Al2O3; 0-12 mol.% B2O3; 9-21 mol.% Na2O; 0-4 mol.% K2O; 0-7 mol.% MgO; 및 0-3 mol.% CaO를 포함한다.
기판(30)용으로 적합한 또 다른 대표 조성물은: 60-70 mol.% SiO2; 6-14 mol.% Al2O3; 0-15 mol.% B2O3; 0-15 mol.% Li2O; 0-20 mol.% Na2O; 0-10 mol.% K2O; 0-8 mol.% MgO; 0-10 mol.% CaO; 0-5 mol.% ZrO2; 0-1 mol.% SnO2; 0-1 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서, 12 mol.% ≤ (Li2O+Na2O+K2O) ≤ 20 mol.% 및 0 mol.% ≤ (MgO+CaO) ≤ 10 mol.%이다.
기판(30)용으로 적합한 또 다른 대표 유리 조성물은: 63.5-66.5 mol.% SiO2; 8-12 mol.% Al2O3; 0-3 mol.% B2O3; 0-5 mol.% Li2O; 8-18 mol.% Na2O; 0-5 mol.% K2O; 1-7 mol.% MgO; 0-2.5 mol.% CaO; 0-3 mol.% ZrO2; 0.05-0.25 mol.% SnO2; 0.05-0.5 mol.% CeO2; 50 ppm 미만의 As2O3; 및 50 ppm 미만의 Sb2O3를 포함하고; 여기서, 14 mol.% ≤ (Li2O+Na2O+K2O) ≤ 18 mol.% 및 2 mol.% ≤ (MgO+CaO) ≤ 7 mol.%이다.
기판(30)은 실질적으로 평면이거나 시트-형일 수 있지만, 다른 구현예는 만곡되거나 또는 형상화되거나 조각된 기판을 활용할 수 있다. 기판(30)의 길이 및 폭은, 윈도우(24)에 필요한 치수에 따라 변할 수 있다. 기판(30)은 플로우트(float) 유리 공정 및 다운 인발(down-draw) 공정, 예컨대, 퓨전 인발(fusion draw) 및 슬롯 인발(slot draw)과 같은, 다양한 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 기판(30)은 강화되지 않은 상태로 사용될 수 있다. 윈도우(24)용으로 적합한 강화되지 않은 기판(30)의 상업적으로 이용 가능한 예로는, 나트륨 알루미노실리케이트 유리 기판인, Corning® 유리 코드 2320이다.
기판(30)을 형성하는 유리는, 압축 응력("CS") 하에 있도록 제1 표면(32)과 인접한 영역 및/또는 제2 표면(34)과 인접한 영역을 갖도록 변경될 수 있다. 이러한 상황에서, 압축 응력 하에 영역(들)은, 제1 표면(32) 및/또는 제2 표면(34)으로부터 압축의 깊이(들)까지 연장된다. 이러한 압축 응력의 발생은, 인장 응력 하에 중심 영역을 더욱 생성시켜, 중앙 장력 또는 중심 장력(CT)으로 지칭되는, 중심 영역의 중심에서 최대값을 갖는다. 중심 영역은 압축의 깊이들 사이에서 연장되고 인장 응력 하에 있다. 중심 영역의 인장 응력은 압축 응력 하에 영역의 압축 응력과 균형을 이루거나 압축 응력을 상쇄시킨다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 "압축의 깊이" 및 "DOC"는, 기판(30) 내에 응력이 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화하는 깊이를 지칭한다. 압축의 깊이에서, 응력은 양의(압축) 응력으로부터 음의(인장) 응력으로 교차하고, 따라서, 0의 값을 갖는다. 압축의 깊이는, 기판(30)의 제1 및/또는 제2 표면(32, 34)에 날카로운 충격에 의해 도입된 흠의 전파로부터 기판(30)을 보호하는 반면, 압축 응력은 흠이 압축의 깊이를 통해 성장하고 침투할 가능성을 최소화시킨다. 구현예들에서, 압축의 깊이들은 각각 적어도 20 ㎛이다. 구현예들에서, 영역들 내에 최대 압축 응력(CS)의 절대값은, 적어도 200 MPa, 적어도 약 400 MPa, 적어도 600 MPa, 또는 최대 약 1000 MPa이다.
압축 응력 하에 있는 영역을 갖는 기판(30)에 대한 상세하고 정확한 응력 프로파일(깊이의 함수에 따른 응력)을 추출하기 위한 두 가지 방법은, 명칭이 "Systems and Methods for Measuring the Stress Profile of Ion-Exchanged Glass"이고, 2011년 5월 25일자에 출원된, 미국 가 특허출원 제61/489,800호의 우선권을 주장하여, 2012년 5월 3일자에 Douglas Clippinger Allan 등에 의해, 동일한 명칭으로 출원된, 미국 특허 제9,140,543호에 개시되어 있고, 이들의 내용은 그 전체가 참조로 여기에 혼입된다.
구현예에서, 압축 응력 하의 기판(30)의 영역(들)을 발생시키는 것은, 기판(30)에 이온-교환 화학적 템퍼링 공정(화학적 템퍼링은 종종 "화학적 강화"로 지칭됨)을 적용하는 단계를 포함한다. 이온-교환 화학적 템퍼링 공정에서, 기판(30)의 제1 및 제2 표면(32, 34)에서 또는 그 근처에 이온은, 보통 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체되거나 또는 교환된다. 기판(30)이 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 보로실리케이트 유리, 알칼리 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 알칼리 실리케이트 유리를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는 구현예에서, 유리의 표면층에 이온 및 더 큰 이온은, Na+(Li+가 유리에 존재하는 경우), K+, Rb+, 및 Cs+와 같은, 1가 알칼리 금속 양이온이다. 선택적으로, 제1 및 제2 표면(32, 34) 내에, 표면에, 또는 그 근처의 1가 양이온은, Ag+ 또는 이와 유사한 것과 같은, 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다.
구현예에서, 이온-교환 공정은, 기판(30) 내에 더 작은 이온과 교환될 더 큰 이온을 함유하는 용융염 욕조에 기판(30)을 침지시켜 수행된다. 욕조 조성물 및 온도, 침지 시간, 염 욕조(또는 욕조들)에 유리의 침지의 횟수, 다중 염 욕조의 사용, 및 부가적인 단계, 예컨대, 어닐링, 세척, 및 이와 유사한 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 이온-교환 공정에 대한 파라미터가, 일반적으로 기판(30)의 조성물 및 강화 작업으로부터 결과하는 기판(30)의 원하는 압축의 깊이 및 압축 응력에 의해 결정된다는 것은, 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 알칼리 금속-함유 유리 기판의 이온-교환은, 더 큰 알칼리 금속 이온의 질산염, 황산염, 및 염화물과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 염을 함유하는 적어도 하나의 용융 욕조에 침지시켜 달성될 수 있다. 구현예에서, 용융염 욕조는, 질산 칼륨(0-100wt%), 질산 나트륨(0-100wt%), 및 질산 리튬(0-12wt%)을 포함하며, 조합된 질산 칼륨 및 질산 나트륨은 88 wt% 내지 100 wt%의 범위 내에서 중량 퍼센트를 갖는다. 구현예에서, 용융염 욕조의 온도는 통상적으로 약 350℃ 내지 약 500℃의 범위인 반면, 침지 시간은, 약 20분 내지 약 10시간을 포함하여, 약 15분 내지 약 40시간의 범위이다. 그러나, 전술된 것과 다른 온도 및 침지 시간은 또한 사용될 수 있다. 기판(30)은, 표면 흠의 영향을 제거하거나 감소시키기 위해 산 연마되거나 또는 달리 처리될 수 있다.
기판(30)은 제1 표면(32)과 제2 표면(34) 사이에 최단 직선 거리로 정의되는 두께(35)를 갖는다. 구현예에서, 기판(30)의 두께(35)는 약 100 ㎛ 내지 약 5 ㎜이다. 하나 이상의 구현예에 따르면, 기판(30)은, 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛(예를 들어, 100, 200, 300, 400, 또는 500 ㎛) 범위의 물리적 두께(35)를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 두께(35)는, 약 500 ㎛ 내지 약 1000 ㎛(예를 들어, 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 ㎛)의 범위이다. 두께(35)는, 약 1 ㎜를 초과(예를 들어, 약 2, 3, 4, 또는 5 ㎜)할 수 있다. 하나 이상의 특정 구현예에서, 두께(35)는 2 ㎜ 이하 또는 1 ㎜ 미만이다. 기판(30)용으로 적합한 상업적으로 이용 가능한 조성물은, Gorilla® Glass인, 약 850 MPa의 CS, 및 약 40 microns의 DOC, 및 1.0 millimeter(㎜)의 두께(35)를 갖는 Corning 코드 #5318이다. 윈도우(24)용으로 적합한 (이온 교환을 통한) 강화된 기판(30)의 또 다른 상업적으로 이용 가능한 예로는, 나트륨 알루미노실리케이트 유리 기판인, Corning® 유리 코드 2320이다.
유리 대신에, 또는 유리에 부가하여, 기판(30)은, 가시광을 흡수하는, IR-투과 물질층이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 이러한 물질의 예로는, 적외선을 투과하고, 가시광을 흡수하는, 아크릴 시트, 예컨대, ePlastics으로부터 상표명 Plexiglas® IR acrylic 3143 및 CYRO's ACRYLITE® IR acrylic 1146으로 상업적으로 이용 가능한 것을 포함한다. Plexiglas® IR acrylic 3143은, 약 700 ㎚ 이하의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 약 0%(적어도 10% 미만, 또는 1% 미만)의 투과율을 갖지만, (905 ㎚를 포함하는) 800 ㎚ 내지 약 1100 ㎚의 범위 내에 파장에 대해 약 90%(85% 이상)의 투과율을 갖는다.
하나 이상의 구현예에서, 기판(30)은, 약 1.45 내지 약 1.55의 범위에서 굴절률을 나타낸다. 여기에서 사용된 바와 같은, "굴절률"은, 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 물질(여기서, 기판(30))의 굴절률을 지칭한다. 여기서, "굴절률" 및 "굴절 지수"는 동의어로 사용된다.
이하, 도 4 및 5를 참조하면, 적층 필름(36), 및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38)은, 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 및 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 소정량의 교번층을 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 용어 "고굴절률" 및 "저굴절률"은, 서로에 대한 굴절률의 값을 지칭하며, 하나 이상의 고굴절률 물질(40)의 굴절률/지수는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 굴절률/지수보다 크다. 구현예에서, 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 약 1.7 내지 약 4.0의 굴절률을 갖는다. 구현예에서, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 약 1.3 내지 약 1.6의 굴절률을 갖는다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 약 1.3 내지 약 1.7의 굴절률을 갖는 반면, 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 약 1.9 내지 약 3.8의 굴절률을 갖는다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 중 어느 하나 및 하나 이상의 저굴절률 물질(42) 중 어느 하나의 굴절률에서 차이는, 약 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 0.5 이상, 0.6 이상, 0.7 이상, 0.8 이상, 0.9 이상, 1.0 이상, 1.5 이상, 2.0 이상, 2.1 이상, 2.2 이상, 또는 심지어 2.3 이상일 수 있다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40)과 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 굴절률에서 차이로 인해, 교번층의 수량(수) 및 이들의 두께의 조작은, 윈도우(24)를 통해 파장의 범위 내에서 전자기 복사선의 선택적인 투과, 및 별도로, 적층 필름(36)에서 파장의 범위 내에서 전자기 복사선의 선택적 반사율을 야기할 수 있다. 따라서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))은, 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 및 하나 이상의 저굴절률 물질(42)로서 선택된 수량, 두께, 및 물질의 함수에 따라 구성된 미리결정된 광학 특성을 갖는 박-막 광학 필터이다.
하나 이상의 저굴절률 물질(42)로서 사용하기에 적합한 물질의 몇몇 예로는, SiO2, Al2O3, GeO2, SiO, AlOxNy, SiOxNy, SiuAlvOxNy, MgO, MgAl2O4, MgF2, BaF2, CaF2, DyF3, YbF3, YF3, 및 CeF3를 포함한다. 하나 이상의 저굴절률 물질(42)로서 사용하기 위한 물질의 질소 함량은 (예를 들어, AlOxNy, SiOxNy, 및 SiuAlvOxNy와 같은 물질에서) 최소화될 수 있다.
하나 이상의 고굴절률 물질(40)로서 사용하기에 적합한 물질의 몇몇 예로는, 비정질 실리콘(a-Si), SiNx, SiNx:Hy, AlNx, SiuAlvOxNy, Ta2O5, Nb2O5, AlN, Si3N4, AlOxNy, SiOxNy, HfO2, TiO2, ZrO2, Y2O3, Al2O3, MoO3, 및 다이아몬드-형 탄소를 포함한다. 고굴절률 물질(40)용 물질의 산소 함량은, 특히, SiNx 또는 AlNx 물질에서 최소화될 수 있다. AlOxNy 물질은 산소-도핑된 AlNx로 고려될 수 있다, 즉, 이들은 AlNx 결정 구조(예를 들어, 우르츠광(wurtzite))를 가질 수 있고, AlON 결정 구조를 가질 필요가 없다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40)로서 사용하기 위한 대표적인 바람직한 AlOxNy 물질은, 30 원자% 내지 약 50 원자%의 질소를 포함하면서, 약 0 원자% 내지 약 20 원자%의 산소, 또는 약 5 원자% 내지 약 15 원자%의 산소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40)로서 사용하기 위한 대표적인 바람직한 SiuAlvOxNy는, 약 10 원자% 내지 약 30 원자% 또는 약 15 원자% 내지 약 25 원자%의 규소, 약 20 원자% 내지 약 40 원자% 또는 약 25 원자% 내지 약 35 원자%의 알루미늄, 약 0 원자% 내지 약 20 원자% 또는 약 1 원자% 내지 약 20 원자%의 산소, 및 약 30 원자% 내지 약 50 원자%의 질소를 포함할 수 있다. 전술한 물질은 약 30 중량%까지 수소화될 수 있다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 및 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 굴절률이 서로 상대적이기 때문에, (Al2O3와 같은) 동일 물질은, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)용으로 선택된 물질(들)의 굴절률에 따라 하나 이상의 고굴절률 물질(40)용으로 적합할 수 있고, 선택적으로, 하나 이상의 고굴절률 물질(40)용으로 선택된 물질(들)의 굴절률에 따라 하나 이상의 저굴절률 물질(42)용으로 적합할 수 있다.
구현예에서, 적층 필름(36)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 적층 필름(36)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어진다. 구현예에서, 윈도우(24)는 제2 적층 필름(38)을 활용하지 않고, 적층 필름(36)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지며, 적층 필름(36)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어진다. 구현예에서, 적층 필름(36)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 적층 필름(36)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어지는 반면, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어진다. 구현예에서, 적층 필름(36)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 적층 필름(36)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어지는 반면, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 비정질 실리콘(a-Si)의 층으로 이루어진다. 구현예에서, 적층 필름(36)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 적층 필름(36)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 Si3N4의 층으로 이루어지는 반면, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 저굴절률 물질(42)은 SiO2의 층으로 이루어지고, 제2 적층 필름(38)의 하나 이상의 고굴절률 물질(40)은 비정질 실리콘(a-Si)의 층 및 Si3N4의 층으로 이루어진다.
적층 필름(36) 또는 제2 적층 필름(38)에서 고굴절률 물질(40)과 저굴절률 물질(42)의 교번층의 수량은 특별히 제한되지 않는다. 구현예에서, 적층 필름(36) 내에 교번층의 수는 7개 이상, 또는 9개 이상이다. 구현예에서, 제2 적층 필름(38) 내에 교번층의 수량은 9개 이상, 17개 이상, 19개 이상, 또는 81개 이상이다. 구현예에서, 기판(30)을 포함하지 않고, 윈도우(24)를 집합적으로 형성하는 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)에서 교번층의 수량은, 9개 이상, 16개 이상, 24개 이상, 26개 이상, 또는 심지어 88개 이상이다. 일반적으로, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38)) 내에 층의 수량이 많을수록, 윈도우(24)의 투과율 및 반사율 특성은 하나 이상의 특정 파장 또는 파장 범위에 더 좁게 조정된다. 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 교번층의 각각은 두께를 갖는다.
반사된 복사선(28)은, 윈도우(24)와 상호작용시 적층 필름(36)의 말단 표면(44)과 먼저 만나고, 말단 표면(44)은 외부 환경(26)에 개방될 수 있다. 일 구현예에서, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층은 외부 환경(26)에서 공기의 굴절률과 더 밀접하게 일치하도록 말단 표면(44)을 제공하고, 따라서, 말단 표면(44)에서 입사 전자기 복사선의 반사(반사된 복사선(28)이든 또는 그렇지 않든)를 감소시킨다. 말단 표면(44)을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층은, 기판(30)으로부터 가장 먼 적층 필름(36)의 층이다. 유사하게, 구현예에서, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)이 SiO2인 경우, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)로서, SiO2의 층은, 기판(30)의 제1 표면(32) 상에 직접 배치되고, 이는 통상적으로 큰 몰 퍼센트의 SiO2를 포함한다. 이론에 의한 구속됨이 없이, 기판(30)과 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 인접 층 모두에서 SiO2의 공통성은 결합 강도를 증가시키는 것으로 생각된다.
방사된 복사선(22)은, 윈도우(24)와 상호작용시 제2 적층 필름(38)의 말단 표면(48)과 먼저 만난다. 일 구현예에서, 하나 이상의 저굴절 물질(42)의 층은, 인클로저(20) 내에 공기의 굴절률과 더 밀접하게 일치하도록 말단 표면(48)을 제공하고, 따라서, 말단 표면(48)에서 입사 방사된 복사선(22)의 반사를 감소시킨다. 말단 표면(48)을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층은, 기판(30)으로부터 가장 먼 제2 적층 필름(38)의 층이다. 유사하게, 일 구현예에서, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)이 SiO2인 경우, 하나 이상의 저굴절률 물질(42)로서, SiO2의 층은, 기판(30)의 제2 표면(34) 상에 직접 배치된다.
상대적으로 높은 굴절률을 갖는 물질은, 내스크래치성 및 내충격성을 제공하는 상대적으로 고경도를 동시에 가질 수 있다. 고경도를 갖고 고굴절률 물질(40)일 수 있는 대표 물질은 Si3N4이다. 고경도를 갖고 고굴절률 물질(40)일 수 있는 다른 대표 물질은 SiNx, SiNx:Hy, 및 SiOxNy이다. 적층 필름(36)의 제2 층에 있든 그렇지 않든, 고굴절률 물질(40)의 두께는, 윈도우(24)의 내스크래치성 및/또는 내손상성을 증가시키기 위해 최대화될 수 있다. 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층의 적층 필름(36) 내에 두께 및 위치는, 적층 필름(36), 따라서, 전체로서 윈도우(24)에 원하는 수준의 경도 및 내스크래치성을 제공하도록 최적화될 수 있다. 윈도우(24)의 다른 적용들은, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 하는 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층에 대해 다른 원하는 두께로 이어질 수 있다. 예를 들어, 차량(10) 상에 LIDAR 시스템(12)을 보호하는 윈도우(24)는, 사무실 건물에서 LIDAR 시스템(12)을 보호하는 윈도우(24)보다 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층에 대해 다른 두께를 요구할 수 있다. 구현예에서, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 하는 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층은, 500 ㎚ 내지 50000 ㎚, 예컨대, 500 ㎚ 내지 10000 ㎚, 예컨대, 2000 ㎚ 내지 5000 ㎚의 두께를 갖는다. 구현예에서, 이러한 최대-두께의 고굴절률 물질(40)의 두께는, 적층 필름(36)의 두께의 65% 이상, 또는 85% 이상, 또는 86% 이상인 두께를 갖는다. 일반적으로, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 하는 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층은, 항상 그런 것은 아니지만, 인클로저(20)에 의해 보호되는 제2 적층 필름(38)보다는, 외부 환경(26)을 향하는 적층 필름(36)의 일부일 것이다.
이하 좀더 상세히 설명되는 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)(활용되는 경우)의 나머지 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 하는 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층에 대해 선택된 두께에 거의 상관없이 원하는 광학 특성(원하는 파장의 투과율 및 반사율)을 윈도우(24)에 제공하도록 구성될 수 있다. 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층의 두께에 대한 전체적으로 윈도우(24)의 광학 특성의 이러한 둔감성은, 목표 파장 또는 파장 범위(즉, 905 ㎚ 및/또는 1550 ㎚)의 전자기 복사선의 상대적으로 낮거나 무시할 수 있는 광학 흡수를 갖는 물질이 최대 두께 층으로 사용되는 경우, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 제공하는 층으로 역할을 한다. 예를 들어, Si3N4는 700 ㎚ 내지 2000 ㎚의 파장 범위에서 전자기 복사선을 무시할 정도로만 흡수한다.
이러한 일반적인 둔감성은 적층 필름(36)에서 고굴절률 물질(40)의 최대-두께 층이 특정 경도 또는 내스크래치성 요건을 제공하도록 미리결정된 두께를 갖는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 차량(10)의 지붕(14)에 활용되는 윈도우(24)용 적층 필름(36)은, 차량(10)의 전방 부분(16)에 활용되는 윈도우(24)용 적층 필름(36)과 다른 경도 및 내스크래치성 요건을 가질 수 있으며, 따라서, 고굴절률 물질(40)의 최대-두께 층에 대해 다른 두께를 가질 수 있다. 이것은 전체적으로 적층 필름(36)의 투과율 및 반사율 특성을 크게 변경하지 않고 달성될 수 있다.
고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층을 갖는, 적층 필름(36), 따라서, 윈도우(24)의 경도는 정량화될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 측정된 것으로, 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층을 갖는 적층 필름(36)에서 측정된, 윈도우(24)의 최대 경도는, (말단 표면(44)으로부터 측정된) 50 ㎚ 내지 1000 ㎚, 및 심지어 2000 ㎚ 내지 5000 ㎚의 하나 이상의 압입 깊이에서, 약 8 GPa 이상, 약 10 GPa 이상, 약 12 GPa 이상, 약 14 GPa 이상, 약 15 GPa 이상, 약 16 GPa 이상, 또는 약 18 GPa 이상일 수 있다. 여기에 사용된 바와 같은, "베르코비치 압입자 경도 시험"은 다이아몬드 베르코비치 압입자로 물질의 표면을 압입하여 이의 표면 상에 물질의 경도를 측정하는 단계를 포함한다. 베르코비치 압입자 경도 시험은, 일반적으로 Oliver, W. C.; Pharr, G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res., Vol. 7, No. 6, 1992, 1564-1583; 및 Oliver, W. C.; Pharr, G. M. Measurement of Hardness and Elastic Modulus by Instrument Indentation: Advances in Understanding and Refinements to Methodology. J. Mater. Res., Vol. 19, No. 1, 2004, 3-20에 서술된 방법들을 사용하여, 다이아몬드 베르코비치 압입자로 적층 필름(36)의 말단 표면(44)을 압입하여 약 50 ㎚ 내지 약 1000 ㎚(또는 적층 필름(36)의 전체 두께, 둘 중 더 작은 것) 범위의 압입 깊이로 압흔을 형성시키는 압입 단계 및 전체 압입 깊이 범위 또는 이러한 압입 깊이 범위의 부분(예를 들어, 약 100 ㎚ 내지 약 600 ㎚의 범위)를 따라 이러한 압입으로부터 최대 경도를 측정하는 단계를 포함한다. 여기에 사용된 바와 같은, 경도는 평균 경도가 아닌, 최대 경도를 지칭한다. 이러한 수준의 경도는, LIDAR 시스템(12)이, 차량(10)과 같이, 이의 의도된 목적을 위해 사용되는 동안, 부딪히는 모래, 작은 돌, 파편, 및 기타 물체로 인한 충격 손상에 대한 윈도우(24)의 저항성을 개선시킨다. 따라서, 이러한 수준의 경도는, 충격 손상이 유발시킬 수 있는 LIDAR 시스템(12)의 감소된 성능 및 광학 산란을 줄이거나 방지한다.
일 구현예에서, 말단 표면(44)을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층은, 문제의 전자기 복사선의 1550 ㎚ 파장의 20% 미만, 또는 심지어 10% 미만인 두께를 갖는다. 구현예들에서, 말단 표면(44)을 제공하는 층의 두께는, 150 ㎚ 내지 310 ㎚이다. 말단 표면(44)을 제공하는 층의 두께를 최소화하는 것은, 말단 표면(44)을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층 바로 아래에 제공된 하나 이상의 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층에 의해 제공되는 내스크래치성 및/또는 내손상성을 향상시킨다. 언급된 바와 같이, 구현예에서, 윈도우(24)에 경도를 부여하는 하나 이상의 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층은, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 하나 이상의 저굴절률 물질(42)의 층에 인접한, 외부 환경(26)으로부터 적층 필름(36)의 제2 층이다.
적층 필름(36)은 두께(46)를 갖고, 제2 적층 필름(38)은, 활용되는 경우, 두께(50)를 갖는다. 하나 이상의 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층을 포함하는 것으로 가정되는, 적층 필름(36)의 두께(46)는, 여기에 기재된 투과율 및 반사율 특성을 여전히 제공하면서 약 1 ㎛ 이상일 수 있다. 구현예에서, 두께(46)는, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 및 약 2800 ㎚ 내지 약 5900 ㎚를 포함하는, 1 ㎛ 내지 50 ㎛를 약간 넘는 범위이다. 약 1 ㎛의 하한은, 윈도우(24)에 경도 및 내스크래치성을 여전히 제공하는 대략적인 최소 두께(46)이다. 두께(46)의 상한은, 기판(30) 상에 적층 필름(36)의 층을 배치하는데 요구되는 비용 및 시간에 의해 제한된다. 부가하여, 두께(46)의 상한은, 적층 필름(36)이 기판(30)을 휘는 것을 방지하기 위해 제한되며, 이는 기판(30)의 두께에 의존한다. 제2 적층 필름(38)의 두께(50)는, 윈도우(24)에 원하는 투과율 및 반사율 특성을 부여하는데 필요한 것으로 간주되는 임의의 두께일 수 있다. 구현예들에서, 제2 적층 필름(38)의 두께(50)는, 약 800 ㎚ 내지 약 7000 ㎚의 범위이다. 제2 적층 필름(38)이 경도 및 내충격성을 부여하기 위해 하나 이상의 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층을 포함하는 경우, 그 다음 제2 적층 필름(38)의 두께(50)는, 위에서 적층 필름(36)과 관련하여 기재된 바와 같이, 더 두꺼울 수 있다.
고굴절률 물질(40)의 최대 두께를 통해 윈도우(24)에 경도, 내충격성, 및 내스크래치성을 부여하여 배경기술에서 논의된 문제를 해결하면서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 또한 윈도우(24)를 통한 1550 ㎚의 파장을 갖는 윈도우(24)를 통한 반사된 복사선(28)의 투과율을 최대화하도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은 또한 윈도우(24)를 통해 1500 ㎚-1600 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선 투과율을 최대화하도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선의 75% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 92% 초과, 94% 초과, 95% 초과, 98% 초과, 98.5% 초과, 99% 초과, 또는 심지어 99.5%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 수직 또는 근 수직 입사에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선의 75% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 92% 초과, 94% 초과, 95% 초과, 98% 초과, 98.5% 초과, 99% 초과, 또는 심지어 99.5%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 수직 또는 근 수직 입사에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선의 75% 초과, 80% 초과, 90% 초과, 또는 92%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가, 수직 또는 근 수직 입사에서, 880 ㎚ 내지 1580 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선의 75% 초과, 80% 초과, 또는 85%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 용어 "투과율"은, 물질(예를 들어, 윈도우(24), 기판(30), 적층 필름(36), 제2 적층 필름(38) 또는 이들의 일부)을 통해 투과되는 주어진 파장 범위 내에 입사 광 파워의 퍼센트를 지칭한다.
구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 또한 윈도우(24)를 통해 1550 ㎚의 파장을 갖는 윈도우(24)에서 반사된 복사선(28)의 반사율을 최소화하도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 또한 윈도우(24)에서 1500 ㎚-1600 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선의 반사율을 최소화하도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 0° 내지 8°, 0 내지 15°, 0 내지 25°, 또는 심지어 0° 내지 50°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선의 10% 미만, 5% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.8% 미만, 0.5% 미만, 또는 심지어 0.3% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 0° 내지 8°, 0 내지 15°, 0 내지 25°, 또는 심지어 0° 내지 50°의 범위 내에 임의의 각도에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선의 10% 미만, 5% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.8% 미만, 0.5% 미만, 또는 심지어 0.3% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우(24)가 0° 내지 8°, 0 내지 15°, 0 내지 25°의 범위 내에 임의의 입사각에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선의 10% 미만, 또는 5% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다. 용어 "반사율"은, 물질(예를 들어, 윈도우(24), 기판(30), 적층 필름(36), 또는 이들의 일부)로부터 반사되는 주어진 파장 범위 내에 입사광 파워의 퍼센트로 유사하게 정의된다.
구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 부가적으로: 300 ㎚ 내지 600 ㎚, 300 ㎚ 내지 650 ㎚, 및 300 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 전체에 또는 범위 내에 파장과 같은, 자외선 범위 및 가시광 스펙트럼 내의 파장을 갖는 전자기 복사선의, (a) 윈도우(24)를 통한 투과율을 최소화하고; (b) 윈도우(24)에서 반사율을 최대화하며; 및/또는 (c) 전자기 복사선을 흡수하도록 구성된다. 구현예에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 부가적으로: 300 ㎚ 내지 850 ㎚, 300 ㎚ 내지 900 ㎚, 또는 300 ㎚ 내지 1500 ㎚의 범위 내에 파장과 같은, 1500 ㎚ 미만 또는 850 ㎚ 미만의 자외선 범위, 가시광 스펙트럼, 및 적외선 범위의 일부 내에 파장을 갖는 전자기 복사선의, (a) 윈도우(24)를 통한 투과율을 최소화하고; (b) 윈도우(24)에서 반사율을 최대화하며; 및/또는 (c) 전자기 복사선을 흡수하도록 구성된다. 구현예들에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 부가적으로 수직 또는 근 수직 입사에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚, 300 ㎚ 내지 650 ㎚, 300 ㎚ 내지 700 ㎚, 또는 300 ㎚ 내지 950 ㎚의 범위 내에 파장을 갖는 전자기 복사선의, 10% 미만, 5% 미만, 3% 미만, 2% 미만, 1% 미만, 0.8% 미만, 0.5% 미만, 0.2% 미만, 또는 심지어 0.15% 미만의 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 구현예들에서, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층의 수량, 두께, 및 물질은, 부가적으로 윈도우(24)가 300 ㎚ 내지 600 ㎚, 300 ㎚ 내지 650 ㎚, 300 ㎚ 내지 700 ㎚, 300 ㎚ 내지 950 ㎚, 400 ㎚ 내지 700 ㎚, 500 ㎚ 내지 700 ㎚, 또는 550 ㎚ 내지 700 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 0° 내지 8°, 0° 내지 15°, 또는 0° 내지 25°의 범위 내에 임의의 입사각에에 걸쳐, 80% 초과, 또는 90% 초과, 95% 초과, 또는 심지어 97%를 초과하는 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 이들 구현예는 윈도우(24)를 통해 LIDAR 시스템(12)의 인클로저(20)로의 온도 증가 태양광의 투과율을 방지하거나 감소시키며, 이는 LIDAR 시스템(12)의 성능을 개선시킨다. 부가하여, 이들 구현예는, 1450 ㎚ 내지 1550 ㎚의 범위(또는 850 ㎚ 내지 950 ㎚, 및 1450 ㎚ 및 1550 ㎚) 밖의 파장과 같은, LIDAR 시스템(12)의 작동에 불필요한 파장의 전자기 복사선의 투과율을 방지하거나 감소시키며, 이는 전자기 복사선 이미터 및 센서(18)를 간섭하는 노이즈를 감소시키고, 따라서 LIDAR 시스템(12)의 성능을 향상시킨다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명자들은 비정질 실리콘(a-Si)이 하나 이상의 고굴절률 물질(40)로서 사용하기에 특히 적합한 물질임을 발견하였다. 상대적으로 높은 굴절률(1550 ㎚에서 약 3.77)을 갖는 것에 부가하여, 비정질 실리콘(a-Si)은, 자외선 및 가시광선 영역에서 상대적으로 높은 광흡수를 갖지만, 900-1800 ㎚의 범위에서 허용 가능한 광흡수를 갖는다. 파장의 함수에 따른 좀더 완전한 굴절률 및 광흡수 데이터는 아래에 제공된다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)(활용되는 경우)의 다른 층들과 함께, 비정질 실리콘(a-Si)의 층의 두께 및 수량은 따라서 자외선 범위 및 가시광선 범위에서 전자기 복사선의 낮은 투과율 퍼센트(해당 파장 범위에서 비정질 실리콘의 광학 흡광도에 부분적으로 기인함)를 갖지만, 적외선 범위의 원하는 부분에서 높은 투과율 퍼센트를 갖는, 윈도우(24)를 제공할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si) 또는 유사한 광학 흡광도 특성을 갖는 몇몇 다른 물질을 활용하지 않는 다른 구현예들 및 하기 실시예들은, 원하는 광학 특성(예를 들어, 300 ㎚-700 ㎚의 범위에서 낮은 투과율 및/또는 높은 반사율이지만, 1550 ㎚ 또는 1550 ㎚를 포함하는 일부 범위에서 높은 투과율 및 낮은 반사율)을 갖는 윈도우(24)를 제공하기 위해 주로 광학 간섭을 활용할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si) 또는 유사한 광학 흡광도 특성을 갖는 몇몇 다른 물질을 활용하지 않는 다른 구현예들 및 하기 실시예들은, 원하는 광학 특성을 갖는 윈도우(24)를 제공하기 위해 광학 흡광도 및 광학 간섭을 활용한다. 따라서, 비정질 실리콘(a-Si) 또는 유사한 광학 흡광도 특성을 갖는 몇몇 다른 물질을 활용하는 구현예들은, 비정질 실리콘(a-Si) 또는 유사한 광학 흡광도 특성을 갖는 몇몇 다른 물질을 활용하지 않는 구현예보다 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)에서 더 적은 층으로 원하는 광학 특성을 갖는 윈도우(24)를 제공할 수 있다. 구현예들에서, 제2 적층 필름(38)은, 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 중 하나로서 비정질 실리콘(a-Si)의 하나 이상의 층을 포함하지만, 적층 필름(36)은 그렇지 않다.
구현예에서, 윈도우(24)는, 5% 미만, 또는 3% 미만, 또는 심지어 1% 미만으로 가시광선 영역(예컨대, 450 ㎚ 내지 650 ㎚, 또는 380 ㎚ 내지 700 ㎚) 내에 파장의 투과율 퍼센트를 감소시키기 위해, 유기 염료를 부가적으로 포함한다. 가시 영역 내에 파장을 흡수하지만, 905 ㎚ 및 1550 ㎚에서 투과하는 유기 염료의 예로는, 상표명 800 ㎚ Long Pass 및 AG-300-800 ㎚ 잉크로 Adam Gates & Company로부터 이용 가능한 것을 포함한다. 그러나, 적층 필름(36) 및/또는 제2 적층 필름(38)에서 하나 이상의 고굴절률 물질(40) 중 하나와 유사한 광학 흡광도 특성을 갖는 몇몇 다른 물질 또는 비정질 실리콘(a-Si)의 사용은, 유기 염료의 사용을 배제할 수 있다. 더욱이, 비정질 실리콘(a-Si)의 층은, 적층 필름(36) 및/또는 제2 적층 필름(38)의 다른 층들과 동일한 스퍼터링 공정을 사용하여 적층 필름(36) 및/또는 제2 적층 필름(38) 내로 직접 혼입될 수 있으며, 따라서, 윈도우(24) 내로 유기 염료를 혼입시키는 것보다 윈도우(24)를 더 간단하게 제작할 수 있다.
적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들(즉, 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 층들)은, 개별 증착 또는 연속 증착 공정을 포함하는, 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 층은 연속 증착 공정만을 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 선택적으로, 오직 개별 증착 공정만을 사용하여 형성될 수 있다.
실시예
하기 실시예들은, 적층 필름(36)(및 활용되는 경우, 제2 적층 필름(38))의 층들의 수량, 두께, 및 물질이 어떻게 윈도우(24)가 입사 전자기 복사선의 파장 및 입사각의 함수에 따른 원하는 평균 투과율 퍼센트 및 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성될 수 있는지를 보여주기 위해 컴퓨터 촉진 모델링(computer facilitated modeling)을 사용하여 모델링된 모든 실시예들이다.
기판(30) 뿐만 아니라, 적층 필름(36)의 고굴절률 물질(40) 및 저굴절률 물질(42)의 교번층들 각각의, 파장의 함수에 따른, 굴절률(n) 및 광학 흡광도(k)는, 분광타원 측정법(spectroscopic ellipsometry)을 사용하여 측정된다. Si3N4, SiO2, 비정질 실리콘(a-Si), 및 알루미노실리케이트 유리 기판(Corning code 2320)에 대한 굴절률 및 광학 흡광도는 하기 표 A에 제공된다. 이들 물질은, 고굴절률 물질(40), 저굴절률 물질(42), 및 기판(30)으로서 하기 실시예들에서 활용된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이렇게 측정된 굴절률은 그 다음 투과 및 반사율 스펙트럼을 계산하는데 사용된다. 모델링된 실시예는 편의상 이들의 설명표에서 단일 굴절률 값을 사용하며, 이는 약 1550 ㎚ 파장에서 굴절률 분산 곡선에서 선택된 지점에 해당한다.
실시예 1 - 실시예 1의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 아홉(9) 개의 교번층을 포함한다. 적층 필름(36)의 층들의 두께는, 도 6a-6d에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 1에 기재된 바와 같이 구성된다.
실시예 1의 층 설계
층 물질 1550 ㎚에서 굴절률 물리적 두께 (㎜)
매체 공기 1 　
1 SiO2 1.4635 302.0
2 Si3N4 1.9615 245.3
3 SiO2 1.4635 26.8
4 Si3N4 1.9615 2000.0
5 SiO2 1.4635 46.5
6 Si3N4 1.9615 115.3
7 SiO2 1.4635 140.4
8 Si3N4 1.9615 40.4
9 SiO2 1.4635 25.0
기판(30) 알루미노실리케이트 유리(2320) 1.4916 1000000
매체 공기 1 　
도 6a에 나타난 바와 같이, 적층 필름(36)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 1의 윈도우(24)가 1300 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 90 퍼센트를 초과, 및 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 70 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 투과율 퍼센트는 대략 300 ㎚ 내지 850 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 파장의 함수에 따라 광범위하게 진동한다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 1의 윈도우(24)가 최대 25°의 모든 입사각에 대해 1550 ㎚의 파장에 대해 95.5 퍼센트를 초과, 및 최대 25°의 모든 입사각에 대해 1500 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 95 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 기판(30)의 제1 표면(32)만이 적층 필름(36)을 갖는다는 점에 유의한다. 윈도우(24)는 기판(30)의 제2 표면(34) 위에 제2 적층 필름(38)을 포함하지 않는다. 코팅되지 않은 제2 표면(34)은 약 4 퍼센트의 반사율을 가지며, 따라서, 윈도우(24)를 통한 가장 높은 가능한 투과율 퍼센트는 대략 96 퍼센트이다.
도 6c에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 1의 윈도우(24)가 1150 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 적층 필름(36)의 말단 표면(44)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 반사율 퍼센트는 대략 300 ㎚ 내지 850 ㎚의 범위 내에 파장에 대한 파장의 함수에 따라 광범위하게 진동한다. 도 6d에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 1의 윈도우(24)가 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 1.25 퍼센트 미만, 및 1500 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.75 퍼센트 미만의 적층 필름(36)의 말단 표면(44)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
실시예 2 - 실시예 2의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36), 및 기판(30)의 제2 표면(34)에 걸친 제2 적층 필름(38)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 일곱(7) 개의 교번층을 포함한다. 제2 적층 필름(38)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 팔십-일(81) 개의 교번층을 포함한다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들의 두께는, 도 7a-7e에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 2에 기재된 바와 같이 구성된다. 고굴절률 물질(40)로서 고경도 물질인 Si3N4의 최대 두께 층(5000 ㎚)은, 적층 필름(36)의 제2 층이고, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 적층 필름(36)의 최외곽층에 인접한다. 기판(30)의 제1 표면(32) 및 제2 표면(34) 모두가 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38) 각각에 의해 덮이기 때문에, 제공된 반사율 퍼센트 값은 전체 윈도우(24)의 양면으로부터의 반사율에 대한 것이고, 제공된 투과율 퍼센트 값은 전체 윈도우(24)를 통한 투과율에 대한 것이다(이것은 실시예 3-5에서도 마찬가지이다).
실시예 2의 층 설계
층 물질 1550 ㎚에서 굴절률 물리적 두께 (㎜)
매체 공기 1 　
1 SiO2 1.4635 264.7
2 Si3N4 1.9615 5000.0
3 SiO2 1.4635 40.2
4 Si3N4 1.9615 67.7
5 SiO2 1.4635 97.6
6 Si3N4 1.9615 29.4
7 SiO2 1.4635 360.1
기판 알루미노실리케이트 유리(2320) 1.4916 1000000.0
8 SiO2 1.4635 70.5
9 Si3N4 1.9615 39.0
10 SiO2 1.4635 83.7
11 Si3N4 1.9615 46.9
12 SiO2 1.4635 78.3
13 Si3N4 1.9615 47.4
14 SiO2 1.4635 77.7
15 Si3N4 1.9615 47.5
16 SiO2 1.4635 74.1
17 Si3N4 1.9615 47.1
18 SiO2 1.4635 74.2
19 Si3N4 1.9615 48.1
20 SiO2 1.4635 73.1
21 Si3N4 1.9615 48.4
22 SiO2 1.4635 74.8
23 Si3N4 1.9615 50.0
24 SiO2 1.4635 71.9
25 Si3N4 1.9615 50.3
26 SiO2 1.4635 75.2
27 Si3N4 1.9615 50.9
28 SiO2 1.4635 73.5
29 Si3N4 1.9615 53.8
30 SiO2 1.4635 81.4
31 Si3N4 1.9615 60.0
32 SiO2 1.4635 94.9
33 Si3N4 1.9615 64.7
34 SiO2 1.4635 86.2
35 Si3N4 1.9615 57.0
36 SiO2 1.4635 74.9
37 Si3N4 1.9615 59.1
38 SiO2 1.4635 98.2
39 Si3N4 1.9615 65.7
40 SiO2 1.4635 79.7
41 Si3N4 1.9615 56.0
42 SiO2 1.4635 82.0
43 Si3N4 1.9615 62.8
44 SiO2 1.4635 95.6
45 Si3N4 1.9615 61.0
46 SiO2 1.4635 82.2
47 Si3N4 1.9615 61.2
48 SiO2 1.4635 83.1
49 Si3N4 1.9615 56.0
50 SiO2 1.4635 147.0
51 Si3N4 1.9615 61.4
52 SiO2 1.4635 85.9
53 Si3N4 1.9615 90.8
54 SiO2 1.4635 91.7
55 Si3N4 1.9615 56.9
56 SiO2 1.4635 103.1
57 Si3N4 1.9615 85.1
58 SiO2 1.4635 90.8
59 Si3N4 1.9615 71.1
60 SiO2 1.4635 110.6
61 Si3N4 1.9615 99.6
62 SiO2 1.4635 98.2
63 Si3N4 1.9615 74.0
64 SiO2 1.4635 87.2
65 Si3N4 1.9615 60.6
66 SiO2 1.4635 129.9
67 Si3N4 1.9615 81.0
68 SiO2 1.4635 76.0
69 Si3N4 1.9615 114.9
70 SiO2 1.4635 79.6
71 Si3N4 1.9615 120.5
72 SiO2 1.4635 93.7
73 Si3N4 1.9615 112.7
74 SiO2 1.4635 92.6
75 Si3N4 1.9615 74.7
76 SiO2 1.4635 120.9
77 Si3N4 1.9615 111.8
78 SiO2 1.4635 78.2
79 Si3N4 1.9615 121.3
80 SiO2 1.4635 86.0
81 Si3N4 1.9615 141.3
82 SiO2 1.4635 82.7
83 Si3N4 1.9615 66.7
84 SiO2 1.4635 180.0
85 Si3N4 1.9615 51.6
86 SiO2 1.4635 140.4
87 Si3N4 1.9615 153.9
88 SiO2 1.4635 146.4
매체 공기 1 　
도 7a에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 2의 윈도우(24)가 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 80 퍼센트를 초과이지만, 380 ㎚ 내지 750 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 15 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 2의 윈도우(24)가 최대 25°의 모든 입사각에 대해 400 ㎚ 내지 650 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 5 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 7c에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 2의 윈도우(24)가 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 99.5 퍼센트를 초과, 및 1500 ㎚ 내지 1670 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 98 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
도 7d에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 2의 윈도우(24)가: (a) 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 20 퍼센트 미만; 그러나 (b) 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 70 퍼센트를 초과; 및 (c) 450 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 90 퍼센트를 초과하는 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 7e에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 2의 윈도우(24)가: (a) 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 2 퍼센트 미만; (b) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.5 퍼센트 미만; 및 (c) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
실시예 3 - 실시예 3의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36), 및 기판(30)의 제2 표면(34)에 걸친 제2 적층 필름(38)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 일곱(7) 개의 교번층을 포함한다. 제2 적층 필름(38)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si)의 아홉(9) 개의 교번층을 포함한다. 자외선 범위 및 가시광선을 흡수하는 비정질 실리콘(a-Si)의 사용은, (실시예 2에서와 같이) 비정질 실리콘을 사용하지 않을 때보다 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)에 더 적은 수의 층을 갖는 윈도우(24)를 통해 이들 파장의 투과율 퍼센트를 훨씬 더 크게 억제할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si)이 활용될지라도, 윈도우(24)는 여전히 LIDAR 시스템(12)과 관련된 905 ㎚ 및 1550 ㎚ 파장의 상당히 높은 투과율 퍼센트를 갖는다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들의 두께는, 도 8a-8e에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 3에 기재된 바와 같이 구성된다. 고굴절률 물질(40)로서 고경도 물질인 Si3N4의 최대 두께 층(5000 ㎚)은, 적층 필름(36)의 제2 층이고, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 적층 필름(36)의 최외곽층에 인접한다.
실시예 3의 층 설계
층 물질 1550 ㎚에서 굴절률 물리적 두께 (㎜)
매체 공기 1 　
1 SiO2 1.4635 264.7
2 Si3N4 1.9615 5000.0
3 SiO2 1.4635 40.2
4 Si3N4 1.9615 67.7
5 SiO2 1.4635 97.6
6 Si3N4 1.9615 29.4
7 SiO2 1.4635 360.1
기판 알루미노실리케이트 유리(2320) 1.4916 1000000.0
8 SiO2 1.4635 117.5
9 a-Si 3.771 12.1
10 SiO2 1.4635 130.6
11 a-Si 3.771 18.6
12 SiO2 1.4635 107.2
13 a-Si 3.771 29.3
14 SiO2 1.4635 107.6
15 a-Si 3.771 13.5
16 SiO2 1.4635 277.5
매체 공기 1 　
도 8a에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3의 윈도우(24)가: (a) 최대 50°의 모든 입사각에 대해 75 퍼센트를 초과; (b) 1050 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 80 퍼센트를 초과; 및 (c) 1300 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 90 퍼센트를 초과하지만; 300 ㎚ 내지 700 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 8b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3의 윈도우(24)가: (a) 최대 50°의 모든 입사각에 대해 300 ㎚ 내지 650 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 2 퍼센트 미만; (b) 최대 약 8°의 모든 입사각에 대해 300 ㎚ 내지 700 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 2 퍼센트 미만; (c) 최대 25°의 모든 입사각에 대해 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 파장 범위에 대해 0.2 퍼센트 미만; (d) 최대 25°의 모든 입사각에 대해 300 ㎚ 내지 575 ㎚의 파장 범위에 대해 0.15 퍼센트 미만; 및 (e) 최대 25°의 모든 입사각에 대해 300 ㎚ 내지 680 ㎚의 파장 범위에 대해 2 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 8c에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3의 윈도우(24)가: (a) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 94 퍼센트를 초과; (b) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 98.5 퍼센트를 초과; (c) 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 94.5 퍼센트를 초과; 및 (d) 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 98 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
도 8d에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3의 윈도우(24)가: (a) 800 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 20 퍼센트 미만; 및 (b) 1250 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만; 그러나 (c) 450 ㎚ 내지 650 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 50 퍼센트를 초과; 및 (d) 약 450 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 약 65 퍼센트를 초과하는 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 8e에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3의 윈도우(24)가: (a) 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 1 퍼센트 미만; (b) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.5 퍼센트 미만; 및 (c) 1550 ㎚의 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 4.5 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
실시예 3A - 실시예 3A의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36), 및 기판(30)의 제2 표면(34)에 걸친 제2 적층 필름(38)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 일곱(7) 개의 교번층을 포함한다. 제2 적층 필름(38)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si)의 아홉(9) 개의 교번층을 포함한다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들의 두께는, 도 9a-9b에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 3A에 기재된 바와 같이 구성된다. 따라서, 실시예 3A의 윈도우(24)는, 고굴절률 물질(40)로서 고경도 물질인 Si3N4의 최대 두께 층이 실시예 3에서와 같은 5000 ㎚ 두께 대신에 2000 ㎚ 두께인 것을 제외하고 실시예 3의 윈도우(24)와 동일하다. 실시예 3 및 3A는, 특정 적용에 대한 기계적 성능 및 목표 비용에 따라 달성될 수 있는 (투과율 및 반사율 기준에 여전히 도달하면서 고굴절률 물질(40)의 최대 두께 층의 두께를 변화시키는) 설계 유연성을 예시한다.
Figure pct00003
도 9a에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3A의 윈도우(24)가: (a) 약 1000 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 80 퍼센트를 초과; 및 (b) 1300 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 90 퍼센트를 초과하지만; 300 ㎚ 내지 약 700 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 약 10 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
도 9b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 3A의 윈도우(24)가: (a) 800 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 20 퍼센트 미만; 및 (b) 1250 ㎚ 내지 1800 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만; 그러나 (c) 450 ㎚ 내지 650 ㎚의 대략적인 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 50 퍼센트를 초과; 및 (d) 약 450 ㎚ 내지 약 675 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 약 65 퍼센트를 초과하는 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
실시예 4 - 실시예 4의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36), 및 기판(30)의 제2 표면(34)에 걸친 제2 적층 필름(38)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 일곱(7) 개의 교번층을 포함한다. 제2 적층 필름(38)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si)의 열 아홉(19) 개의 교번층을 포함한다. 자외선 범위 및 가시광선을 흡수하는 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si) 및 Si3N4의 사용은 반사율 및 흡광도를 동시에 조합하여, 1550 ㎚에서 높은 투과율 퍼센트를 가지면서 자외선 범위 및 가시광선 범위에서 초-저 투과율 퍼센트를 생성한다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들의 두께는, 도 10a-10e에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 4에 기재된 바와 같이 구성된다. 고굴절률 물질(40)로서 고경도 물질인 Si3N4의 최대 두께 층(5000 ㎚)은, 적층 필름(36)의 제2 층이고, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 적층 필름(36)의 최외곽층에 인접한다.
실시예 4의 층 설계
층 물질 1550 ㎚에서 굴절률 물리적 두께 (㎜)
매체 공기 1 　
1 SiO2 1.4635 264.7
2 Si3N4 1.9615 5000.0
3 SiO2 1.4635 40.2
4 Si3N4 1.9615 67.7
5 SiO2 1.4635 97.6
6 Si3N4 1.9615 29.4
7 SiO2 1.4635 360.1
기판 알루미노실리케이트 유리(2320) 1.4916 1000000.0
8 SiO2 1.4635 118.0
9 a-Si 3.771 10.6
10 SiO2 1.4635 128.6
11 a-Si 3.771 21.7
12 SiO2 1.4635 104.8
13 a-Si 3.771 34.2
14 SiO2 1.4635 111.2
15 a-Si 3.771 27.6
16 SiO2 1.4635 125.6
17 Si3N4 1.9615 129.2
18 SiO2 1.4635 193.5
19 Si3N4 1.9615 123.1
20 SiO2 1.4635 156.8
21 Si3N4 1.9615 85.1
22 SiO2 1.4635 188.3
23 Si3N4 1.9615 108.1
24 SiO2 1.4635 158.0
25 Si3N4 1.9615 137.6
26 SiO2 1.4635 366.4
매체 공기 1 　
도 10a에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 4의 윈도우(24)가: (a) 약 1400 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 90 퍼센트를 초과하지만; 300 ㎚ 내지 약 950 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 10b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 4의 윈도우(24)가: (a) 300 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.5 퍼센트 미만; (b) 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 0.2 퍼센트 미만; 및 (c) 300 ㎚ 내지 650 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 10°의 모든 입사각에 대해 0.15 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 10c에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 4의 윈도우(24)가: (a) 1500 ㎚ 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 98 퍼센트를 초과; 및 (b) 1500 ㎚ 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 92.5 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
도 10d에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 4의 윈도우(24)가 1350 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 10e에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 4의 윈도우(24)가: (a) 1550 ㎚ 파장에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 0.3 퍼센트 미만; (b) 1550 ㎚ 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 1 퍼센트 미만; 및 (c) 1550 ㎚ 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 6.5 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
실시예 5 - 실시예 5의 윈도우(24)는 알루미노실리케이트 유리(Corning code 2320)의 기판(30)의 제1 표면(32)에 걸친 적층 필름(36), 및 기판(30)의 제2 표면(34)에 걸친 제2 적층 필름(38)을 포함한다. 적층 필름(36)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 Si3N4의 일곱(7) 개의 교번층을 포함한다. 제2 적층 필름(38)은 저굴절률 물질(42)로서 SiO2 및 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si) 또는 Si3N4의 열 일곱(17) 개의 교번층을 포함한다. 자외선 범위 및 가시광선을 흡수하는 고굴절률 물질(40)로서 비정질 실리콘(a-Si) 및 Si3N4의 사용은 반사율 및 흡광도를 동시에 조합하여, 905 ㎚ 및 1550 ㎚ 모두에서 높은 투과율 퍼센트, 뿐만 아니라 905 ㎚ 파장에서 낮은 반사율을 가지면서 자외선 범위 및 가시광선 범위에서 초-저 투과율 퍼센트를 생성한다. 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 층들의 두께는, 도 11a-11e에 기재된 바와 같은 투과율 퍼센트 및 반사율 퍼센트를 제공하기 위해 하기 표 5에 기재된 바와 같이 구성된다. 고굴절률 물질(40)로서 고경도 물질인 Si3N4의 최대 두께 층(5000 ㎚)은, 적층 필름(36)의 제2 층이고, 윈도우(24)의 말단 표면(44)을 제공하는 적층 필름(36)의 최외곽층에 인접한다.
실시예 5의 층 설계
층 물질 1550 ㎚에서 굴절률 물리적 두께 (㎜)
매체 공기 1 　
1 SiO2 1.4635 153.6
2 Si3N4 1.9615 5000.0
3 SiO2 1.4635 40.2
4 Si3N4 1.9615 67.7
5 SiO2 1.4635 97.6
6 Si3N4 1.9615 29.4
7 SiO2 1.4635 360.1
기판 알루미노실리케이트 유리(2320) 1.4916 1000000.0
8 SiO2 1.4635 8.4
9 a-Si 3.771 8.1
10 SiO2 1.4635 108.3
11 a-Si 3.771 11.8
12 SiO2 1.4635 170.4
13 a-Si 3.771 8.7
14 SiO2 1.4635 117.1
15 a-Si 3.771 15.0
16 SiO2 1.4635 99.0
17 Si3N4 1.9615 74.4
18 SiO2 1.4635 101.3
19 Si3N4 1.9615 81.6
20 SiO2 1.4635 143.0
21 Si3N4 1.9615 67.8
22 SiO2 1.4635 90.2
23 Si3N4 1.9615 99.1
24 SiO2 1.4635 209.6
매체 공기 1 　
도 11a에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 5의 윈도우(24)가: (a) 800 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 75 퍼센트를 초과; 및 (b) 300 ㎚ 내지 약 650 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 10 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 11b에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 5의 윈도우(24)가: (a) 300 ㎚ 내지 620 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.8 퍼센트 미만; 및 (b) 300 ㎚ 내지 약 575 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 0.8 퍼센트 미만의 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 11c에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 5의 윈도우(24)가: (a) 850 ㎚ 내지 980 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에서 88 퍼센트를 초과; (b) 1500 ㎚ 내지 1700 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에서 88 퍼센트를 초과; (c) 870 ㎚ 내지 970 ㎚ 및 1530 ㎚ 내지 1680 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에서 90 퍼센트를 초과; (d) 895 ㎚ 내지 945 ㎚ 및 1545 ㎚ 내지 1650 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 25°의 모든 입사각에서 92 퍼센트를 초과; (e) 905 ㎚ 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에서 83 퍼센트를 초과; 및 (f) 1550 ㎚ 파장에 대해 최대 50°의 모든 입사각에서 88 퍼센트를 초과하는 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
도 11d에 나타낸 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 5의 윈도우(24)가: (a) 700 ㎚ 내지 1800 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 50°의 모든 입사각에 대해 25 퍼센트 미만; 및 (b) 1550 ㎚ 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 7 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다. 도 11e에 나타난 바와 같이, 적층 필름(36) 및 제2 적층 필름(38)의 수량, 두께, 및 물질은, 실시예 5의 윈도우(24)가: (a) 850 ㎚ 내지 950 ㎚의 파장 범위에 대해 최대 8°의 모든 입사각에 대해 1 퍼센트 미만; 및 (b) 905 ㎚ 파장에 대해 최대 25°의 모든 입사각에 대해 0.5 퍼센트 미만의 윈도우(24)에서 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
본 개시의 관점 (1)은 센싱 시스템용 윈도우와 관련되며, 상기 센싱 시스템용 윈도우는: 굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판; 상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및 적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함하며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (2)는 관점 (1)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 압축 응력 하에 있는 제1 표면과 인접한 영역을 갖고, 상기 압축 응력의 최대값의 절대값은 적어도 600 MPa이다.
관점 (3)은 관점 (1) 또는 관점 (2)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 유리 기판이다.
관점 (4)는 관점 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판은 약 100 ㎛ 내지 약 5 ㎜의 두께를 갖는다.
관점 (5)는 관점 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 기판의 굴절률은 약 1.45 내지 약 1.55이다.
관점 (6)은 관점 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 약 1.7 내지 약 4.0이고, 상기 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.6이다.
관점 (7)은 관점 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 중 어느 하나 및 하나 이상의 저굴절률 물질 중 어느 하나의 굴절률에서 차이는 약 0.5 이상이다.
관점 (8)은 관점 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함한다.
관점 (9)는 관점 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판으로부터 가장 먼 적층 필름의 층은, 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 하나 이상의 저굴절률 물질의 층은 기판의 제1 표면 상에 직접 배치된다.
관점 (10)은 관점 (1) 내지 (9) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도는 적어도 12 GPa이다.
관점 (11)은 관점 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 층 중 하나는 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎜의 두께를 갖는다.
관점 (12)는 관점 (1) 내지 (11) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 적어도 하나의 층은 적층 필름의 두께의 65% 이상이다.
관점 (13)은 관점 (1) 내지 (12) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 기판으로부터 가장 먼 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 말단 표면 물질은 약 150 ㎚ 내지 약 310 ㎚의 두께를 갖는다.
관점 (14)는 관점 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (15)는 관점 (1) 내지 (14) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (16)은 관점 (1) 내지 (15) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가 수직 또는 근 수직에서, 880 ㎚ 내지 1580 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (17)은 관점 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (18)은 관점 (1) 내지 (17) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 상기 기판의 제2 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 제2 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 제2 적층 필름을 더욱 포함하고; 여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (19)는 관점 (18)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질 중 어느 하나 및 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질 중 어느 하나의 굴절률에서 차이는 약 2.0 이상이다.
관점 (20)은 관점 (18) 또는 관점 (19)의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘을 포함한다.
관점 (21)은 관점 (18) 내지 (20) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 여기서, 상기 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함하며, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘을 포함한다.
관점 (22)는 관점 (18) 내지 (20) 중 어느 하나의 윈도우와 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 여기서, 상기 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함하며, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 여기서, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘 및 Si3N4를 포함한다.
관점 (23)은 LIDAR 시스템과 관련되며, 상기 시스템은: 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선을 방사하는 전자기 복사선 이미터 및 센서; 및 상기 전자기 복사선의 경로 내에 윈도우를 포함하고, 상기 윈도우는: 굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판; 상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 각각의 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및 적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함하며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (24)는 관점 (23)의 LIDAR 시스템과 관련되며, 상기 윈도우는: 상기 기판의 제2 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 제2 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 제2 적층 필름을 더욱 포함하고; 여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (25)는 관점 (23) 또는 관점 (24)의 LIDAR 시스템과 관련되며, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성된다.
관점 (26)은 관점 (23) 내지 (25) 중 어느 하나의 LIDAR 시스템과 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (27)은 관점 (23) 내지 (26) 중 어느 하나의 LIDAR 시스템과 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 수직 또는 근 수직 입사에서 880 ㎚ 내지 1580 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
관점 (28)은 관점 (23) 내지 (27) 중 어느 하나의 LIDAR 시스템과 관련되며, 여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가: 수직 또는 근 수직 입사에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 10% 미만의 평균 투과율 퍼센트; 및 0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 80%를 초과하는 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성된다.
청구범위의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (28)

  1. 굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판;
    상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및
    적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함하는 센싱 시스템용 윈도우로서,
    여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 압축 응력 하에 있는 제1 표면과 인접한 영역을 갖고, 상기 압축 응력의 최대값의 절대값은 적어도 600 MPa인, 센싱 시스템용 윈도우.
  3. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판인, 센싱 시스템용 윈도우.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 약 100 ㎛ 내지 약 5 ㎜의 두께를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 기판의 굴절률은 약 1.45 내지 약 1.55인, 센싱 시스템용 윈도우.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 약 1.7 내지 약 4.0이고, 상기 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률은 약 1.3 내지 약 1.6인, 센싱 시스템용 윈도우.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고굴절률 물질 중 어느 하나 및 하나 이상의 저굴절률 물질 중 어느 하나의 굴절률에서 차이는 약 0.5 이상인, 센싱 시스템용 윈도우.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 가장 먼 적층 필름의 층은, 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 하나 이상의 저굴절률 물질의 층은 기판의 제1 표면 상에 직접 배치되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도는 적어도 12 GPa인, 센싱 시스템용 윈도우.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 층 중 하나는 약 500 ㎚ 내지 약 10,000 ㎜의 두께를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 적어도 하나의 층은 적층 필름의 두께의 65% 이상인, 센싱 시스템용 윈도우.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 가장 먼 적층 필름의 층은 윈도우의 말단 표면 물질을 형성하고, 상기 윈도우의 말단 표면 물질은 저굴절률 물질을 포함하며, 상기 말단 표면 물질은 약 150 ㎚ 내지 약 310 ㎚의 두께를 갖는, 센싱 시스템용 윈도우.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  15. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 윈도우가 수직 또는 근 수직에서, 880 ㎚ 내지 1580 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  17. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 80%를 초과하는 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  18. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 제2 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 제2 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 제2 적층 필름을 더욱 포함하고;
    여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성되는, 센싱 시스템용 윈도우.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질 중 어느 하나 및 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질 중 어느 하나의 굴절률에서 차이는 약 2.0 이상인, 센싱 시스템용 윈도우.
  20. 청구항 18-19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우.
  21. 청구항 18-20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함하며, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘을 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우.
  22. 청구항 18-20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 Si3N4를 포함하며, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 저굴절률 물질은 SiO2를 포함하고, 상기 제2 적층 필름의 하나 이상의 고굴절률 물질은 비정질 실리콘 및 Si3N4를 포함하는, 센싱 시스템용 윈도우.
  23. 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선을 방사하는 전자기 복사선 이미터 및 센서; 및
    상기 전자기 복사선의 경로 내에 윈도우를 포함하는 LIDAR 시스템으로서, 상기 윈도우는:
    굴절률, 제1 표면, 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 기판의 주요 표면인 기판;
    상기 기판의 제1 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 적층 필름으로서, 각각의 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 적층 필름; 및
    적어도 8 GPa의, 베르코비치 압입자 경도 시험에 의해 적층 필름에서 측정된, 최대 경도를 포함하며,
    여기서, 상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 상기 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 윈도우는:
    상기 기판의 제2 표면 상에 배치되고, 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 교번층을 포함하는 제2 적층 필름으로서, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질 및 하나 이상의 저굴절률 물질의 각각은 굴절률을 가지며, 상기 하나 이상의 고굴절률 물질의 굴절률은 하나 이상의 저굴절률 물질의 굴절률보다 더 큰, 제2 적층 필름을 더욱 포함하고;
    여기서, 상기 적층 필름 및 제2 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가 수직 또는 근 수직 입사에서 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
  25. 청구항 23-24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 1500 ㎚ 내지 1600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율을 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
  26. 청구항 23-25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 905 ㎚ 및 1550 ㎚의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 10% 미만의 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
  27. 청구항 23-26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은, 수직 또는 근 수직 입사에서 880 ㎚ 내지 1580 ㎚, 또는 850 ㎚ 내지 1800 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대해 75%를 초과하는 평균 투과율 퍼센트를 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
  28. 청구항 23-27 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층 필름의 교번층의 수량, 두께, 및 물질은 윈도우가:
    수직 또는 근 수직 입사에서, 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 10% 미만의 평균 투과율 퍼센트; 및
    0° 내지 8°의 범위 내에 임의의 입사각에서 300 ㎚ 내지 600 ㎚의 범위 내에 임의의 파장을 갖는 전자기 복사선에 대한 80%를 초과하는 평균 반사율 퍼센트를 갖도록 구성되는, LIDAR 시스템.
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