JP2020516941A

JP2020516941A - 赤外線光学機器の反射防止膜

Info

Publication number: JP2020516941A
Application number: JP2019555462A
Authority: JP
Inventors: ガーディナーエイトケン，ブルース; スコットバロウ，ジェイソン; ジョージベンソン，スティーヴン; ジェラードワムボルト，レオナード
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2020-06-11
Also published as: EP3610306A2; WO2019018018A2; WO2019018018A3; US20180299587A1

Abstract

本開示の光学要素は、赤外線波長において、高い透過率および低い反射率を特徴とする。光学要素は、基材、基材上の接着層、および、反射防止膜を含む。基材は、カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓを含む。接着層は、Ｓｅ、ＺｎＳｅ、Ｇａ２Ｓｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、ＺｎＳ、Ｇａ２Ｓ３、および、Ｉｎ２Ｓ３を含む。反射防止膜は、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＧｄＦ３、ＹｂＦ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、および、ＹＦ３のうち１つ以上の層を含む。光学要素は、熱衝撃、温度循環、摩耗、および、湿気に曝されても、高い耐久性および良好な接着性を示す。

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１７年４月１２日出願の米国仮特許出願第６２／４８４，４４７号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、赤外線を利用する光学要素に関する。特に、本開示は、赤外線波長で高い透過率を示す反射防止膜を有する光学要素に関する。特に、本開示は、赤外線透過性基材上の赤外線反射防止膜の接着を改良する接着層に関する。

赤外線光学システムは、多くの技術に不可欠である。赤外線光学システムの一般的な利用例は、暗視システム、サーマルカメラ、動作制御システム、天文学、リソグラフィ、熱損失検出、遠隔温度感知、処理制御、医療用撮像、照準および距離測定、並びに、赤外線センサを含む。

赤外線光学システムの性能は、システムの設計で用いられる光学要素に決定的に依存する。光学要素は、赤外線光源、反射要素（例えば、ミラー）、透過性要素、および、検出器を含む。透過性要素は、屈折要素（例えば、レンズ）、および、窓部を含む。光学効率を確実に最適にするために、透過性要素は、広い範囲の赤外線波長に亘って、高い透過率を示す必要がある。特に、短波長赤外線範囲（ＳＷＩＲ；１μｍ〜３μｍ）、中波長赤外線範囲（ＭＷＩＲ；３μｍ〜８μｍ）、および、長波長赤外線範囲（ＬＷＩＲ；８μｍ〜１５．３μｍ）に亘って、透過性の高い透過性要素を有するのが望ましい。

赤外線範囲で透過および反射を生じる光学要素は、典型的には、基材および被膜を含む。基材は、赤外線範囲で、高い反射率または高い透過率を有する材料である。被膜は、基材の１つ以上の表面に加えられる一連の１つ以上の層であり、基材の反射率または透過率を高めるように設計される。赤外線透過性光学要素の場合に、基材の透過率は、表面からの赤外線の反射によって、大きく低下することが多い。基材表面からの反射率が高いと、赤外線の強度が低下し、基材を通る透過率の低下につながる。

赤外線透過性基材の表面からの反射率を最小にする戦略の１つは、反射防止膜を表面に加えることである。反射防止膜は、低い反射率を有するように設計された単層膜または多層膜である。基材表面に加えられた場合、反射防止膜の反射率は、反射防止膜のない基材表面の反射率より低く、基材を通る透過率を高める。

しかしながら、反射防止膜を赤外線透過性光学要素に用いることは、材料の選択が限られることから、難しいことがありうる。広い範囲の赤外線波長に亘って高い透過率を示す基材材料は、比較的少数であり、広い範囲の赤外線波長に亘って、良好な反射防止性を提供する材料は、比較的少数である。反射防止膜を基材に良好に接着させる必要があるので、更に困難になる。反射防止膜の基材への耐久性を確実にするには、良好に接着する必要がある。赤外線基材材料、および、赤外線範囲での反射防止材料の範囲が限られることで、高い透過率を有する赤外線光学要素の実現は難しくなる。

耐久性の高い反射防止膜を有する赤外線透過性光学要素が必要である。赤外線範囲に亘って、バンドパスフィルタおよびビームスプリッタで使われる被膜も必要である。

本開示の光学要素は、赤外線波長において、高い透過率および低い反射率を特徴とする。光学要素は、基材、基材上の接着層、および、反射防止膜を含む。基材は、カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓを含む。接着層は、Ｓｅ、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、ＺｎＳ、Ｇａ_２Ｓ_３、および、Ｉｎ_２Ｓ_３を含む。反射防止膜は、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、および、Ｉｎ_２Ｓｅ_３のうち１つ以上の層を含む。光学要素は、熱衝撃、温度循環、摩耗、および、湿気に曝されても、高い耐久性および良好な接着性を示す。

本開示は、以下の光学要素も包含する：
カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓからなる群から選択された材料を含む基材と、
基材上で、Ｓｉ、Ｇｅ、カルコゲナイド材料、および、プニクタイド材料からなる群から選択された材料を含む接着層と、
接着層上で、第１の層を有する反射防止膜であって、第１の層は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、および、ダイヤモンド状炭素からなる群から選択された材料を含むものである反射防止膜と
を含む光学要素。

本開示は、以下の光学要素も包含する：
カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓからなる群から選択された材料を含む基材と、
基材上で、Ｓｅを含む第１の層と、
第１の層上で、Ｇｅを含む第２の層と
を含む光学要素。

更なる特徴および利点を以下の詳細な記載に示し、それは、部分的には記載から、当業者に容易に明らかであるか、または、明細書、請求項、および、図面に示された実施形態を実施することで分かるだろう。

ここまでの概略的な記載、および、次の詳細な記載の両方が例示的なものに過ぎず、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図していると理解すべきである。

添付の図面は、更なる理解のために含められ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は、本明細書から選択された態様を示し、明細書の記載と共に、本明細書が包含する方法、製品、および、組成物の原理および動作を説明する役割を果たす。図示した特徴物は、本明細書の選択された実施形態を示すものであり、必ずしも縮尺通りに図示していない。

明細書は、その記載の主題を特定して明確に請求する請求項で終結しているが、明細書の記載を添付の図面と共に読む場合に、理解が高まると思われる。

図面に示した実施形態は、本来、例示的なものであり、詳細な記載または請求項の範囲を限定することを意図しない。全図を通して、同じ、または、類似の特徴物を称するには、可能な限り、同じ参照番号を用いている。

基材、接着層、および、反射防止膜を有する赤外線光学要素の実施形態を示している。基材、接着層、および、２層の反射防止膜を有する赤外線光学要素の実施形態を示している。基材、接着層、および、４層の反射防止膜を有する赤外線光学要素の実施形態を示している。基材、２つの接着層、および、反射防止膜を有する赤外線光学要素の実施形態を示している。接着層および反射防止膜を、基材の反対を向いた表面上に含む基材を有する赤外線光学要素の実施形態を示している。２つの実施形態の赤外線光学要素についての透過率（％Ｔ）、および、第３の実施形態の赤外線光学要素についての反射率（％Ｒ）を、２．５μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って示している。２つの実施形態の赤外線光学要素についての透過率（％Ｔ）を、２．５μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って示している。２つの実施形態の赤外線光学要素についての反射率（％Ｒ）を、３．０μｍ〜６．０μｍの波長範囲に亘って示している。２つの実施形態の赤外線光学要素についての反射率（％Ｒ）を、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って示している。

本開示は、実施可能な教示として提供され、以下の記載、図面、実施例、および、請求項を参照することで、より容易に理解されうる。このような目的を達成するために、当業者は、有利な結果を得ながら、本明細書に記載した実施形態の様々な態様に多くの変形を行いうることが分かるだろう。本実施形態の望ましい利点のいくつかは、いくつかの特徴を選択して用いるが、他の特徴を用いずに取得されうることも明らかだろう。したがって、当業者は、多くの変更および適応が可能であり、ある状況では、その方が望ましく、それらの変更および適応も本開示の一部であることが分かるだろう。したがって、本開示は、別段の記載がない限りは、開示した特定の組成物、物品、装置、および、方法に限定されないと理解すべきである。本明細書で用いた用語は、特定の態様を記載するためだけに用いたものであり、限定することを意図しないことも理解すべきである。

本明細書および添付の請求項において、以下のような意味で定義されるいくつかの用語を用いている。

「含む」、「含み」などの用語は、包含するが、それらに限定されないこと、つまり、包含するが、排他的ではないことを意味する。

「約」という用語は、別段の記載がない限りは、その一連の全ての用語に係る。例えば、約１、２、または、３は、約１、約２、または、約３と等しく、更に、約１〜３、約１〜２、および、約２〜３を含む。組成物、構成要素、成分、添加物などの態様について開示された具体的な好ましい値、並びに、それらの範囲は、例示のためだけであり、他の画定された値も、画定された範囲内の他の値も排除するものではない。本開示の組成物および方法は、本明細書に記載の任意の値、若しくは、値、具体的な値、より具体的な値、および、好ましい値の任意の組合せを含む。

原文の英語の不定冠詞、および、それに対応する定冠詞は、別段の記載がない限りは、本明細書では、少なくとも１つ、または、１つ以上を意味する。

本明細書で用いたように、接触とは、直接的接触、または、間接的接触のことを称する。直接的接触は、介在する材料を通さない接触のことを称し、間接的な接触は、１つ以上の介在する材料を通した接触のことを称する。直接的に接触する要素は、互いに触れる。間接的に接触する要素は、互いに触れないが、他の態様で、１つ以上の介在する要素を通して、互いに連結される。接触した要素は、堅く、または、堅くはなく連結されうる。接触させるとは、２つの要素を、直接的または間接的接触状態にすることを称する。直接的に（間接的に）接触した要素を、直接的に（間接的に）互いに接触すると称しうる。

本明細書で用いたように、原文の英語で、「その上に」の意味を表す前置詞を用いて記載した場合には、直接的接触、または、間接的接触のことを称する。本明細書において、１つの層が他の層の上にと記載した場合には、２つの層は直接的に接触するか、または、間接的に接触する。

ここで、本開示の例示的な実施形態を、詳細に記載する。

本開示は、赤外線スペクトル領域で、高い透過率を示す光学要素を提供する。その光学要素は、基材、反射防止膜、および、基材と反射防止膜の間の接着層を含む。接着層は、反射防止膜の基材への接着強度を高めて、より耐久性の高い赤外線透過性光学要素を提供する。接着層を含むことで、熱衝撃（例えば、液体窒素に曝されること）、温度循環（例えば、２００℃と−１９６℃の間で往復循環）、多湿条件、および、摩耗などに曝されても安定したままの赤外線透過性光学要素となる。接着性が高まることで、光学要素に熱的および機械的な負荷が加えられた場合に、反射防止膜が剥がれるのを抑制する。

基材材料は、カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、または、ＧａＡｓである。カルコゲナイドガラスは、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ、および、Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系ガラスなどのＳｅ含有ガラスを含む。好ましいカルコゲナイドガラスは、Ａｓ_ｘＳｅ_{１００−ｘ}（０＜ｘ＜１００）を含み、例えば、Ａｓ_４０Ｓｅ_６０を含む。代表的な商業的なカルコゲナイドガラスは、ＳｃｈｏｔｔＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．（Ｄｕｒｙｅａ、ＰＡ）のＩＲＧシリーズガラス、ＶｉｔｒｏｎＳｐｅｚｉａｌｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅＧｍｂＨ（Ｊｅｎａ、Ｇｅｒｍａｎｙ）のＩＧシリーズガラス、および、ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．（Ｇａｒｌａｎｄ、ＴＸ）のＡＭＴＩＲシリーズガラスを含む。他の基材材料は、Ｇｅ、ＢａＦ_２、および、ＺｎＳｅを含む。

接着層は、カルコゲナイド材料、プニクタイド材料、Ｓｉ、および、Ｇｅを含む。カルコゲナイド材料は、Ｓｅ、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、および、Ｉｎ_２Ｓｅ_３を含む。プニクタイド材料は、Ｇａ_２Ｓ_３、ＺｎＳ、および、Ｉｎ_２Ｓ_３を含む。

反射防止膜は、単層膜または多層膜である。反射防止膜中の１つ以上の層の材料は、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素、ダイヤモンドと同様の硬度を有するアモルファス炭素材料）、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、および、Ｉｎ_２Ｓｅ_３を含む。一実施形態において、反射防止膜は、ＤＬＣの単層である。他の実施形態において、反射防止膜は、一連の屈折率が高い層と屈折率が低い層を交互に含む。一実施形態において、反射防止膜は、１つ以上の周期を有する周期的な層構造を有し、各周期は、屈折率が高い層および屈折率が低い層を含む。２つ以上の各周期で屈折率が高い層の組成および／または厚さは、同じでも、異なっていてもよい。２つ以上の各周期で屈折率が低い層の組成および／または厚さは、同じでも、異なっていてもよい。膜中の周期の数は、１つ以上、２つ以上、３つ以上、４つ以上、５つ以上、１〜１００の範囲、２〜８０の範囲、３〜７０の範囲、４〜６０の範囲、または、５〜５０の範囲である。

周期中の層の数は、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、２〜２０の範囲、または、４〜１０の範囲である。反射防止膜用の中間屈折率（例えば、１．６〜２．６）／低屈折率（例えば、１．３〜１．６）材料の代表的な２層の周期は、ＺｎＳ／ＹＦ_３、ＺｎＳ／ＹｂＦ_３、ＺｎＳｅ／ＹＦ_３、および、ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３を含む。反射防止膜用の高屈折率（例えば、２．６〜４．４）／中間屈折率（例えば、１．６〜２．６）／低屈折率（例えば、１．３〜１．６）材料の代表的な３層の周期は、Ｇｅ／ＺｎＳ／ＹＦ_３、Ｇｅ／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３、Ｇｅ／ＺｎＳ／ＹｂＦ_３、および、Ｇｅ／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３を含む。他の高屈折率材料は、Ｓｉを含む。他の中間屈折率材料は、ＭｇＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、および、Ｓｉ_３Ｎ_４を含む。他の低屈折率材料は、ＬａＦ_３、ＧｄＦ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、および、ＢａＦ_２などの金属フッ化物を含む。

反射防止膜は、基材材料の１つ以上の表面と、直接的または間接的に接触する。一実施形態において、接着層は、基材の１つ以上の表面と、直接的または間接的に接触し、反射防止膜が、接着層上に形成される。一実施形態において、反射防止層は、接着層と直接的に接触する。他の実施形態において、反射防止層は、接着層と、間接的に接触する。他の実施形態において、２つ以上の接着層が、基材の１つ以上の表面と、直接的または間接的に接触し、反射防止膜は、２つ以上の接着層の少なくとも１つと、直接的または間接的に接触する。それらの２つ以上の接着層は、組成が異なる。一実施形態において、第１の接着層は、基材の表面と直接的に接触し、第２の接着層は、第１の接着層と直接的に接触し、反射防止膜は、第２の接着層と直接的に接触する。

図１は、光学要素を概略的に示す図である。光学要素１０は、基材２０、基材２０上の接着層４０、および、接着層４０上の反射防止膜７５を含む。図１の実施形態において、反射防止膜７５は、単層膜である。

図２は、基材２０、基材２０上の接着層４０、および、接着層４０上の反射防止膜７０を含む光学要素１２を概略的に示す図である。図２の実施形態において、反射防止膜７０は、層６０および層８０を含む２層膜である。一実施形態において、層６０は、層８０より高い屈折率を有する。他の実施形態において、層６０は、層８０より低い屈折率を有する。層６０と層８０の組合せは、２層の周期であり、反射防止膜７０は、単一の周期を有する。

図３は、基材２０、基材２０上の接着層４０、および、接着層４０上の反射防止膜６５を含む光学要素１４を示している。図３の実施形態において、反射防止膜６５は、２つの周期を含む４層膜である。各周期は、層６０および層８０を含む。一実施形態において、層６０は、層８０より高い屈折率を有する。他の実施形態において、層６０は、層８０より低い屈折率を有する。３つ以上の周期を有する反射防止膜も、本開示の範囲である。

図４は、基材２０、基材２０上の接着層４０、接着層４０上の接着層４５、および、接着層４５上の反射防止膜５５を含む光学要素１６を示している。

図５は、接着層および反射防止膜を基材の反対を向いた表面上に含む光学要素１８を示している。光学要素１８は、基材２０を含む。接着層４０は、基材２０の２つの表面上に形成され、反射防止膜７５が、接着層４０が形成される度に形成されている。図５に示した実施形態において、基材２０の２つの各表面上の接着層４０は、同じ材料であり、接着層４０が形成される度に、同じ反射防止膜７５が形成される。他の実施形態において、接着層、および／または、反射防止膜の特性の１つ以上（例えば、組成、厚さ、数、周期構造）が、基材２０の異なる表面で異なる。

代表的な光学要素は、以下を含む：
基材／ＺｎＳｅ／Ｇｅ／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３、
基材／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３、
基材／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹｂＦ_３、
基材／ＺｎＳｅ／Ｇｅ／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３、
基材／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３、
基材／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３／ＺｎＳｅ／ＹＦ_３、
基材／ＺｎＳ／ＹＦ_３／ＺｎＳ／ＹＦ_３、
基材／Ｇｅ／ＺｎＳ／ＹＦ_３／Ｇｅ／ＺｎＳ／ＹＦ_３、
基材／ＺｎＳ／Ｓｉ／ＤＬＣ、
基材／ＺｎＳ／Ｇｅ／ＤＬＣ、
基材／ＺｎＳｅ／Ｓｉ／ＤＬＣ、および、
基材／ＺｎＳｅ／Ｇｅ／ＤＬＣ。
上記光学要素において、層は、基材に対する位置の順序で列挙され、「／」という表記は、直接的に接触することを表している。例えば、基材／ＺｎＳｅ／Ｇｅという構造は、ＺｎＳｅ層が基材に直接的に接触し、Ｇｅ層がＺｎＳｅ層と直接的に接触することを示す。基材は、本明細書に開示の任意の基材のことを称する。本明細書に開示の他の接着層のうち任意のものを用いた同様の光学要素も、本開示の範囲であり、他の高屈折率、中間屈折率、または、低屈折率材料のいずれかを反射防止膜の層に用いた光学要素も、本開示の範囲である。反射防止膜中の周期の数は、上記のとおりである。

接着層の厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、１００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲、１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲、または、２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である。

反射防止膜中の個々の層の厚さ、または、反射防止膜の周期は、１０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲、１０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲、１０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲、１００ｎｍ〜４０００ｎｍの範囲、２５０ｎｍ〜４０００ｎｍの範囲、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、５０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲、７５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲、１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲、１０ｎｍ−１００ｎｍの範囲、または、２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。

一連の層のうちで、基材から最も遠い層は、空気、または、他の外部環境と界面を接する。一実施形態において、基材から最も遠い層は、反射防止膜中の層である。他の実施形態において、基材から最も遠い層は、反射防止膜と直接的または間接的に接触する反射防止膜とは別個の層（例えば、保護層）である。保護層は、ＤＬＣ、ＹＦ_３、ＹｂＦ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、および、ＧｄＦ_３を含む。ＤＬＣを保護層として用いた場合、接着層（例えば、Ｓｉ、または、Ｇｅ）が、ＤＬＣ層と反射防止膜の間に任意で含まれる。

光学要素は、赤外線波長において、高い透過率を提供する。（室温で、厚さ１ｍｍ当たりの％表示した透過率（％Ｔ）として測定した）光学要素の透過率は、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って６０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って７０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って８０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って８５％より高いか、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．０μｍ〜１１．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．５μｍ〜１０．５μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、６．０μｍ〜１１．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．５μｍ〜１０．５μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って９２％より高いかであり、但し、厚さは、基材の厚さ、および、基材上の全ての層の厚さを含む光学要素全体の厚さのことを称する。

光学要素は、赤外線波長において、高い透過性を提供する。（温度７７Ｋで、厚さ１ｍｍ当たりの％表示した透過率（％Ｔ）として測定した）光学要素の透過率は、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って６０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って７０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って８０％より高いか、２．０μｍ〜１２．０μｍの波長範囲に亘って８５％より高いか、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．０μｍ〜１１．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．５μｍ〜１０．５μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、６．０μｍ〜１１．０μｍの波長範囲に亘って９０％より高いか、６．５μｍ〜１０．５μｍの波長範囲に亘って９２％より高いか、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って９２％より高いかであり、但し、厚さは、基材の厚さ、および、基材上の全ての層の厚さを含む光学要素全体の厚さのことを称する。

光学要素は、赤外線波長において、低い反射率を提供する。（室温で入射角１０°の時、％表示した反射率（％Ｒ）として測定した）光学要素の反射率は、４．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って２０％未満か、５．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って１５％未満か、３．０μｍ〜６．０μｍの波長範囲に亘って１０％未満か、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って５％未満か、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って５％未満か、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って４％未満か、３．７μｍ〜４．７μｍの波長範囲に亘って４％未満か、７．２μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って３％未満か、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って３％未満か、７．５μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って２％未満か、８．０μｍ〜９．５μｍの波長範囲に亘って１％未満かである。

光学要素は、赤外線波長において、低い反射率を提供する。（温度７７Ｋで入射角１０°の時、％表示した反射率（％Ｒ）として測定した）光学要素の反射率は、４．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って２０％未満か、５．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って１５％未満か、３．０μｍ〜６．０μｍの波長範囲に亘って１０％未満か、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って５％未満か、３．５μｍ〜５．０μｍの波長範囲に亘って５％未満か、７．０μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って４％未満か、３．７μｍ〜４．７μｍの波長範囲に亘って４％未満か、７．２μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って３％未満か、３．７μｍ〜４．５μｍの波長範囲に亘って３％未満か、７．５μｍ〜１０．０μｍの波長範囲に亘って２％未満か、８．０μｍ〜９．５μｍの波長範囲に亘って１％未満かである。

接着層、および、反射防止膜の各層を積層する技術は、スパッタリング、物理蒸着、および、電子ビーム蒸着を含む。基材上に層を積層する前に、後述する実施例では、基材の表面を、清浄して研磨した。感光性基材（例えば、Ａｓ−Ｓｅガラス）は、ＵＶ露光から保護した。酸素感応ガラスは、酸素に曝されないように保護した。表面の清浄は、溶媒（例えば、アルコール）を用いて、破片および表面汚染物を除去する処理からなる。研磨工程は、湿式スラリー（例えば、０．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３がグリコール中に懸濁）で処理した研磨パッドを用いて、次に、溶媒（例えば、アルコール）で、すすぐ工程を行って、完成した。

図６は、３つの異なる基材の１つの表面上のＺｎＳｅの単層について、赤外線波長範囲に亘って、室温で生じた透過率（％Ｔ）および反射率（％Ｒ）を示している。電子ビーム蒸着（１２０Ｗ、０．０２Ａ）を約１．６２Å／ｓ（約０．１６２ｎｍ／ｓ）の蒸着速度で用いて、ＺｎＳｅを積層した。線１００は、ＺｎＳｅ基材上に厚さ４００ｎｍのＺｎＳｅ層の場合の透過率を示している。線１１０は、ＩｎＡｓ基材上に厚さ４００ｎｍのＺｎＳｅ層の場合の透過率を示している。線１２０は、カルコゲナイドガラス基材Ａｓ_４０Ｓｅ_６０（ＳｃｈｏｔｔＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ、Ｉｎｃ．（Ｄｕｒｙｅａ、ＰＡ）から入手可能なＩＲＧ２６）上に厚さ６００ｎｍのＺｎＳｅ層の場合の反射率を示している。２．５μｍ未満の波長について、反射率および透過率を、３つの検出器（光電子増倍管、ＩｎＧａＡｓ、および、ＰｂＳ）、マルチパーパス大形試料室ＭＰＣ−３１００、および、Ｖ−Ｎ絶対鏡面反射アタッチメントを備えたＳｈｉｍａｄｚｕＵＶ−３６００分光計を用いて測定した。２．５μｍより長い波長について、ＰｉｋｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓの反射アッタッチメントを備えたＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＮｉｃｏｌｅｔ６７００ＦＴＩＲシステムを用いた。

図６に示した３つの各試料の耐久性試験を行った。液体窒素熱衝撃試験において、試料を、多湿環境（９５％〜１００％の相対湿度）に２４時間１２０°Ｆ（約４９℃）で置き、次に、液体窒素に、２分間、浸漬させた。浸漬後に、試料を液体窒素から取り出して、室温まで温まらせた。次に、試料を、液体窒素に、２分間、二度目に浸漬させて、取り出して、室温まで温まらせてから、液体窒素に、２分間、三度目に浸漬させて、次に、室温まで温まらせた。したがって、試料は、液体窒素に浸漬、次に、室温まで温まるというサイクルに、三回、曝されたことになる。

液体窒素浸漬サイクルの完了後に、試料を、接着性および適度な摩耗性について、Ｍｉｌ−Ｃ−４８４９７Ａ試験プロトコルに示された手順を用いて試験した。Ｍｉｌ−Ｃ−４８４９７Ａ接着性試験において、０．５インチ（約１．３ｃｍ）幅のセロファンテープ（Ｌ−Ｔ−９０のＩタイプに適合）を、各試料の被膜面に対して、しっかりと押圧して、次に、被膜面に垂直な角度で、すぐに取り除いた。次に、試料を、被膜の剥がれ、または、他の被膜破損がないかを目視で検査した。何も観察されず、それは、３つの各試料が、接着性試験に合格したことを示すものである。接着性試験の完了後に、試料は、Ｍｉｌ−Ｃ−４８４９７Ａの適度な摩耗性試験を受けた。適度な摩耗性試験において、３つの各試料の被膜面を、摩耗器で擦った。擦る工程は、直線方向の５０回のストロークを含む。摩耗器は、清浄で乾燥したチーズクロスのパッド（０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）×０．３７５インチ（約０．９５３ｃｍ））（ＣＣＣ−Ｃ−４４０規格に適合）だった。支持力は、最低１ポンド（約０．４５ｋｇ）で、被膜面に垂直に加えられた。擦った後に、試料を、被膜の剥がれ、または、他の被膜破損がないかを目視で検査した。何も観察されず、それは、３つの各試料が、適度な摩耗性試験に合格したことを示すものである。

図７は、２つの異なる基材の２つの反対を向いた表面上に積層された多層膜について、室温での透過率（％Ｔ）を示している。２つの基板は、ＩＲＧ２６、および、ＩｎＡｓだった。積み重ねられた多層は、以下のような順序および層厚さを有したものだった：基材／ＺｎＳｅ（３８２ｎｍ）／ＹｂＦ_３（８２ｎｍ）／ＺｎＳｅ（１２６ｎｍ）／ＹｂＦ_３（２５４ｎｍ）／ＺｎＳｅ（１３１ｎｍ）／ＹｂＦ_３（８２３ｎｍ）／空気。線１３０は、ＩＲＧ２６基材を用いた試料の透過率を示し、線１４０は、ＩｎＡｓ基材を用いた試料の透過率を示している。点線１３５、１４５は、赤外線透過性光学要素の多数の利用例において、透過率が９０％以上であることが望ましいスペクトル波長帯域を示している。両方の試料共、両方の波長帯域に亘って、高い透過率を示している。層の厚さ、または、屈折率を変えることで、試料が高い透過率を示すスペクトル波長帯域の位置および幅を制御しうる。

２つの各試料を、上記のような多湿環境、液体窒素浸漬サイクル、接着性試験、および、適度な摩耗性試験にかけた。両方の試料共、接着性試験、および、適度な摩耗性試験に合格した
図８、９は、ＩｎＡｓ基材、および、図７に関して記載したような一連の層が、基材の一方の側に積層された試料の（室温で入射角１０°の時、測定した）反射率（％Ｒ）を示している。図８は、３．０μｍ〜６．０μｍの波長範囲に亘る反射率を示し、図９は、７．０μｍ〜１０．０μｍに亘る波長範囲の反射率を示している。点線１５５、１７５は、赤外線透過性光学要素の多数の利用例において、１％以下の反射率が望ましいスペクトル波長帯域を示している。

別段の明確な記載がない限りは、本明細書に示したいずれの方法も、その工程が特定の順序で行われることを要すると解釈されることを意図しない。したがって、方法の請求項が、工程が行われる順序を実際に記載しないか、請求項または明細書で、そうではなく、工程は特定の順序に限定されると記載しない場合には、任意の特定の順序が推測されることを全く意図しない。

当業者には、例示的な実施形態の精神も範囲も逸脱することなく、様々な変更および変形を行いうることが明らかだろう。当業者は、例示的な実施形態の精神および実質を組み込んで、開示した実施形態の変更、組合せ、部分組合せ、および、変形を行いうるので、本開示は、添付の請求項および等価物の範囲の全てを含むと解釈されるべきである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
光学要素において、
カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓからなる群から選択された材料を含む基材と、
前記基材上で、Ｓｉ、Ｇｅ、カルコゲナイド材料、および、プニクタイド材料からなる群から選択された材料を含む接着層と、
前記接着層上で、第１の層を有する反射防止膜であって、前記第１の層は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、および、ダイヤモンド状炭素からなる群から選択された材料を含むものである反射防止膜と
を含む光学要素。

実施形態２
前記基材は、カルコゲナイドガラスを含むものである、実施形態１に記載の光学要素。

実施形態３
前記カルコゲナイドガラスは、Ｓｅを含むものである、実施形態２に記載の光学要素。

実施形態４
前記カルコゲナイドガラスは、Ａｓ_ｘＳｅ_{１００−ｘ}を含み、但し、０＜ｘ＜１００である、実施形態２に記載の光学要素。

実施形態５
前記接着層は、Ｓｅ、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、Ｇａ_２Ｓ_３、または、Ｉｎ_２Ｓ_３を含むものである、実施形態２から４のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態６
前記接着層は、Ｓｅを含むものである、実施形態５に記載の光学要素。

実施形態７
前記第１の層は、ＺｎＳｅを含むものである、実施形態２から６のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態８
前記反射防止膜は、Ｇｅを含む第２の層を更に含むものである、実施形態２から７のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態９
前記反射防止膜は、Ｆを含む第２の層を更に含むものである、実施形態２から７のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態１０
前記第２の層は、ＹＦ_３、ＹｂＦ_３、または、ＧｄＦ_３を含むものである、実施形態９に記載の光学要素。

実施形態１１
前記反射防止膜は、Ｇｅを含む第３の層を更に含むものである、実施形態８から１０のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態１２
前記第１の層は、ダイヤモンド状炭素を含むものである、実施形態２から６のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態１３
前記接着層は、カルコゲナイド材料を含むものである、実施形態１２に記載の光学要素。

実施形態１４
前記接着層と前記第１の層の間に位置して、ＧｅまたはＳｉを含む第２の層を、
更に含む、実施形態１２または１３に記載の光学要素。

実施形態１５
前記基材は、ＩｎＡｓを含むものである、実施形態１に記載の光学要素。

実施形態１６
前記接着層は、カルコゲナイド材料を含むものである、実施形態１５に記載の光学要素。

実施形態１７
前記カルコゲナイド材料は、Ｓｅを含むものである、実施形態１６に記載の光学要素。

実施形態１８
前記カルコゲナイド材料は、Ｓｅを含むものである、実施形態１から４および１５のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態１９
前記カルコゲナイド材料は、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、および、Ｉｎ_２Ｓｅ_３からなる群から選択された材料を含むものである、実施形態１から４および１５のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態２０
前記接着層は、前記基材と直接的に接触し、前記反射防止膜は、該接着層と直接的に接触するものである、実施形態１から１９のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態２１
光学要素において、
カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓからなる群から選択された材料を含む基材と、
前記基材上で、Ｓｅを含む第１の層と、
前記第１の層上で、Ｇｅを含む第２の層と
を含む光学要素。

実施形態２２
前記第１の層は、ＺｎＳｅを含むものである、実施形態２１に記載の光学要素。

実施形態２３
前記第２の層上で、Ｓｅを含む第３の層を、
更に含む、実施形態２１または２２に記載の光学要素。

実施形態２４
前記第３の層は、ＺｎＳｅを含むものである、実施形態２３に記載の光学要素。

実施形態２５
前記第２の層は、前記第１の層に直接的に接触し、前記第３の層は、該第２の層に直接的に接触するものである、実施形態２３または２４に記載の光学要素。

実施形態２６
前記基材は、カルコゲナイドガラスを含むものである、実施形態２１から２５のいずれか１つに記載の光学要素。

実施形態２７
前記第１の層は、ＺｎＳｅを含むものである、実施形態２６に記載の光学要素。

実施形態２８
前記第２の層上で、ダイヤモンド状炭素を含む第３の層を、
更に含む、実施形態２２に記載の光学要素。

１０、１２、１４、１６、１８光学要素
２０基材
４０、４５接着層
５５、６５、７０、７５反射防止膜

Claims

光学要素において、
カルコゲナイドガラス、ＩｎＡｓ、および、ＧａＡｓからなる群から選択された材料を含む基材と、
前記基材上で、Ｓｉ、Ｇｅ、カルコゲナイド材料、および、プニクタイド材料からなる群から選択された材料を含む接着層と、
前記接着層上で、第１の層を有する反射防止膜であって、前記第１の層は、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、ＨｆＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｄＦ_３、ＹｂＦ_３、ＹＦ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、および、ダイヤモンド状炭素からなる群から選択された材料を含むものである反射防止膜と
を含む光学要素。
前記基材は、カルコゲナイドガラスを含むものである、請求項１に記載の光学要素。
前記接着層は、Ｓｅ、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、Ｇａ_２Ｓ_３、または、Ｉｎ_２Ｓ_３を含むものである、請求項１または２に記載の光学要素。
前記第１の層は、ＺｎＳｅを含むものである、請求項１から３のいずれか１項に記載の光学要素。
前記反射防止膜は、Ｇｅを含む第２の層を更に含むものである、請求項１から４のいずれか１項に記載の光学要素。
前記反射防止膜は、Ｇｅを含む第３の層を更に含むものである、請求項５に記載の光学要素。
前記第１の層は、ダイヤモンド状炭素を含むものである、請求項２から６のいずれか１項に記載の光学要素。
前記接着層と前記第１の層の間に位置して、ＧｅまたはＳｉを含む第２の層を、
更に含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の光学要素。
前記基材は、ＩｎＡｓを含み、前記接着層は、カルコゲナイド材料を含むものである、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学要素。
前記カルコゲナイド材料は、ＺｎＳｅ、Ｇａ_２Ｓｅ_３、Ｂｉ_２Ｓｅ_３、および、Ｉｎ_２Ｓｅ_３からなる群から選択された材料を含むものである、請求項１から９のいずれか１項に記載の光学要素。