JPH04362901A - 耐衝撃性の調整された光学素子及びその製造方法 - Google Patents
耐衝撃性の調整された光学素子及びその製造方法Info
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- JPH04362901A JPH04362901A JP3267188A JP26718891A JPH04362901A JP H04362901 A JPH04362901 A JP H04362901A JP 3267188 A JP3267188 A JP 3267188A JP 26718891 A JP26718891 A JP 26718891A JP H04362901 A JPH04362901 A JP H04362901A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
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- G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】本発明は一般に光学素子、より詳細には光
学素子の衝撃に対する保護および補強に関する。
学素子の衝撃に対する保護および補強に関する。
【０００２】当技術分野で知られているように、光学画
像形成システムは一般に、画像形成システムの残りの部
分を外部環境から遮断する、外部に取り付けられた光学
素子を含む。たとえば赤外線（ＩＲ）航空画像形成シス
テム（ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｉｍａｇ
ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）については、赤外線画像形成シ
ステムの残りの部分が湿潤した、腐食性の、および摩耗
性の環境に暴露されるのを遮断するための赤外線透過性
光学素子、たとえば窓またはドームが航空システムに取
り付けられている。このような環境に長期間暴露される
と、一般に光学素子の材料の光学的特性および物理的特
性が損なわれる。一般にこれらの外部素子が遭遇する最
も過酷な環境暴露は、航空システムが降雨地域を飛行す
る際に起こる高速の水滴衝撃であると思われる。
像形成システムは一般に、画像形成システムの残りの部
分を外部環境から遮断する、外部に取り付けられた光学
素子を含む。たとえば赤外線（ＩＲ）航空画像形成シス
テム（ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｉｍａｇ
ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）については、赤外線画像形成シ
ステムの残りの部分が湿潤した、腐食性の、および摩耗
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光学素子、たとえば窓またはドームが航空システムに取
り付けられている。このような環境に長期間暴露される
と、一般に光学素子の材料の光学的特性および物理的特
性が損なわれる。一般にこれらの外部素子が遭遇する最
も過酷な環境暴露は、航空システムが降雨地域を飛行す
る際に起こる高速の水滴衝撃であると思われる。
【０００３】この水滴衝撃の問題はより一般的には当技
術分野で降雨侵食（ｒａｉｎ ｅｒｏｓｉｏｎ）と呼ば
れている。降雨地域を飛行する際に水滴が外部素子の表
面に衝突し、亜音速においてすら表面下破壊を生じる。 きわめてもろい材料については、これらの表面下破壊は
光学素子の表面付近の既存の微細欠陥（ｍｉｃｒｏｆｌ
ａｗ）に始まる。これらの光学素子に対する降雨侵食に
よる損傷は材料が有意に除去される以前に起こる。これ
らの既存の微細欠陥が生長するだけで光学素子に損傷を
与えるのに十分である。特にこれらの微細欠陥は水滴に
よる衝撃を受けた際に生じる表面応力波の引張り成分に
よって生長し、光学素子を貫く。いったん形成されると
、表面下破壊が光学素子を貫いて連続生長することによ
って、しばしば光学素子に大きな亀裂を生じるであろう
。亀裂の領域では入射赤外線エネルギーの散乱および屈
折が起こり、内部反射および赤外線エネルギー損失が増
加する。このような亀裂が多数含まれると、光学素子の
透過率が著しく低下する。さらに亀裂が光学素子を貫い
て生長するのに伴って、素子の突発故障が起こる可能性
がある。光学素子が破砕または破断すると、赤外線画像
形成システムの残りの光学素子が外部環境に暴露され、
画像形成システムに潜在的な突発損傷が生じる。
術分野で降雨侵食（ｒａｉｎ ｅｒｏｓｉｏｎ）と呼ば
れている。降雨地域を飛行する際に水滴が外部素子の表
面に衝突し、亜音速においてすら表面下破壊を生じる。 きわめてもろい材料については、これらの表面下破壊は
光学素子の表面付近の既存の微細欠陥（ｍｉｃｒｏｆｌ
ａｗ）に始まる。これらの光学素子に対する降雨侵食に
よる損傷は材料が有意に除去される以前に起こる。これ
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与えるのに十分である。特にこれらの微細欠陥は水滴に
よる衝撃を受けた際に生じる表面応力波の引張り成分に
よって生長し、光学素子を貫く。いったん形成されると
、表面下破壊が光学素子を貫いて連続生長することによ
って、しばしば光学素子に大きな亀裂を生じるであろう
。亀裂の領域では入射赤外線エネルギーの散乱および屈
折が起こり、内部反射および赤外線エネルギー損失が増
加する。このような亀裂が多数含まれると、光学素子の
透過率が著しく低下する。さらに亀裂が光学素子を貫い
て生長するのに伴って、素子の突発故障が起こる可能性
がある。光学素子が破砕または破断すると、赤外線画像
形成システムの残りの光学素子が外部環境に暴露され、
画像形成システムに潜在的な突発損傷が生じる。
【０００４】一般に赤外線画像形成システムに最良の機
械的耐久性および光学的性能を与える材料（特に８〜１
２μｍの赤外線帯域において）は比較的少数に限られて
いる。適切な材料には硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマ
ニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、テルル化カド
ミウム水銀、およびテルル化カドミウムが含まれる。三
元硫化物材料、たとえば硫化ランタンカルシウムも現在
赤外線用として（特に８〜１２μｍの帯域における）開
発されている。これらの三元硫化物材料は耐久性を若干
改善しうるが、これらの材料ですら上記の環境暴露に対
し感受性である。一般に上記材料はすべて比較的脆く、
損傷、特に高速水滴衝撃に際して受ける損傷に対する抵
抗性が比較的低い。
械的耐久性および光学的性能を与える材料（特に８〜１
２μｍの赤外線帯域において）は比較的少数に限られて
いる。適切な材料には硫化亜鉛、セレン化亜鉛、ゲルマ
ニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、テルル化カド
ミウム水銀、およびテルル化カドミウムが含まれる。三
元硫化物材料、たとえば硫化ランタンカルシウムも現在
赤外線用として（特に８〜１２μｍの帯域における）開
発されている。これらの三元硫化物材料は耐久性を若干
改善しうるが、これらの材料ですら上記の環境暴露に対
し感受性である。一般に上記材料はすべて比較的脆く、
損傷、特に高速水滴衝撃に際して受ける損傷に対する抵
抗性が比較的低い。
【０００５】同様に当技術分野で知られているように、
光学素子を形成する材料の屈折率がエネルギーを発生す
る媒体の屈折率と著しく異なる場合、光学素子の表面に
入射する光学エネルギーはこの表面で反射されるであろ
う。一般に航空システムについては、エネルギー発生媒
体は約１の屈折率をもつ空気である。従って光学工業に
おいてはこの種の反射損失を少なくするために光学素子
の入射面上に適宜な屈折率をもつ材料の被膜を施すこと
が一般的に行われている。付着した厚さにおいて（これ
は一般に光の波長の部分に関係する）、これらの被膜は
赤外線帯域において透明である。しかしこれらの光学的
被膜はこれまで屈折率の不整合により起こる反射損失を
少なくする役割をもち、光学素子の耐衝性を高めるのに
は役立たなかった。
光学素子を形成する材料の屈折率がエネルギーを発生す
る媒体の屈折率と著しく異なる場合、光学素子の表面に
入射する光学エネルギーはこの表面で反射されるであろ
う。一般に航空システムについては、エネルギー発生媒
体は約１の屈折率をもつ空気である。従って光学工業に
おいてはこの種の反射損失を少なくするために光学素子
の入射面上に適宜な屈折率をもつ材料の被膜を施すこと
が一般的に行われている。付着した厚さにおいて（これ
は一般に光の波長の部分に関係する）、これらの被膜は
赤外線帯域において透明である。しかしこれらの光学的
被膜はこれまで屈折率の不整合により起こる反射損失を
少なくする役割をもち、光学素子の耐衝性を高めるのに
は役立たなかった。
【０００６】当技術分野において、硬質炭素層、すなわ
ち準ダイヤモンド結合および実質的な光学的透明度をも
つ炭素層はゲルマニウム上に施された場合、ゲルマニウ
ム光学素子を降雨侵食により起こる衝撃損傷からある程
度保護することが知られている。ゲルマニウム上の硬質
炭素については“透過性材料における液体衝撃侵食機構
”と題する報文（ジェイ・イー・フィールヅらによる）
、最終論文１９８２年９月３０日〜１９８３年３月３１
日、コントラストＮｏ．ＡＦＯＳＲ−７８−３７０５−
Ｄ、論文Ｎｏ．ＡＦＷＡＬ−ＴＲ−８３−４１０１中に
記載されている。硬質炭素表面は他の赤外線材料、たと
えば硫化亜鉛およびセレン化亜鉛に必ずしも効果的に付
着しない。さらに硬質炭素被膜はゲルマニウム上におい
てすら、上記報文に記載されるように高速水滴衝撃に際
し剥離しやすい。そこには水滴衝撃の半径方向アウトフ
ローにより生じる剪断力が被膜をゲルマニウム層から剥
離すると理論づけられている。この剥離現象は硬質炭素
層の厚さが増大するのに伴って著しく増大すると考えら
れている。従って硬質炭素被膜層が厚いほど光学素子は
衝撃に対しさらに保護されるはずであるが、これは上記
の剥離の問題のため成功しなかった。硬質炭素に伴う他
の問題は、硬質炭素の屈折率が約２．４５であり、多く
の前記光学材料、たとえば硫化亜鉛およびセレン化亜鉛
の屈折率よりも実質的に高いことである。従って光学素
子を硬質炭素被膜で被覆した場合、光学素子の入射面に
おける反射損失は光学素子を被覆しなかった場合よりも
高いであろう。
ち準ダイヤモンド結合および実質的な光学的透明度をも
つ炭素層はゲルマニウム上に施された場合、ゲルマニウ
ム光学素子を降雨侵食により起こる衝撃損傷からある程
度保護することが知られている。ゲルマニウム上の硬質
炭素については“透過性材料における液体衝撃侵食機構
”と題する報文（ジェイ・イー・フィールヅらによる）
、最終論文１９８２年９月３０日〜１９８３年３月３１
日、コントラストＮｏ．ＡＦＯＳＲ−７８−３７０５−
Ｄ、論文Ｎｏ．ＡＦＷＡＬ−ＴＲ−８３−４１０１中に
記載されている。硬質炭素表面は他の赤外線材料、たと
えば硫化亜鉛およびセレン化亜鉛に必ずしも効果的に付
着しない。さらに硬質炭素被膜はゲルマニウム上におい
てすら、上記報文に記載されるように高速水滴衝撃に際
し剥離しやすい。そこには水滴衝撃の半径方向アウトフ
ローにより生じる剪断力が被膜をゲルマニウム層から剥
離すると理論づけられている。この剥離現象は硬質炭素
層の厚さが増大するのに伴って著しく増大すると考えら
れている。従って硬質炭素被膜層が厚いほど光学素子は
衝撃に対しさらに保護されるはずであるが、これは上記
の剥離の問題のため成功しなかった。硬質炭素に伴う他
の問題は、硬質炭素の屈折率が約２．４５であり、多く
の前記光学材料、たとえば硫化亜鉛およびセレン化亜鉛
の屈折率よりも実質的に高いことである。従って光学素
子を硬質炭素被膜で被覆した場合、光学素子の入射面に
おける反射損失は光学素子を被覆しなかった場合よりも
高いであろう。
【０００７】当業界における第３の問題はこれらの材料
の破壊強さに関するものである。この場合も赤外線透過
性（特に８〜１２μｍの帯域）の窓に適した材料は大部
分が低い破壊強さをもつ。この特性は、素子が高圧領域
を低圧領域から分離しているこれらの素子の用途、すな
わち素子が何らかの静的または動的な機械的負荷のもと
にある用途において特に重要である。“水滴による衝撃
を受けたもろい材料における衝撃損失閾値”と題する報
文、エー・ジー・エバンスら、ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス５１（５）２４７３〜２４８２頁
（１９８０年５月）の２４８１頁に、脆い材料の表面に
おけるマルテンサイト補強（相変化）がこの種のもろい
材料の調整（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）に有用となりうると
いう説が示されている。表面圧縮応力が有益であろうと
いう説も示されている。しかし上記報文の著者らは彼ら
が“表面圧縮”によって何を意味しているかについては
何ら特別に説明していない。これらのもろい材料は入射
水滴が材料の表面に衝撃を与えた際に表面圧縮を受ける
。
の破壊強さに関するものである。この場合も赤外線透過
性（特に８〜１２μｍの帯域）の窓に適した材料は大部
分が低い破壊強さをもつ。この特性は、素子が高圧領域
を低圧領域から分離しているこれらの素子の用途、すな
わち素子が何らかの静的または動的な機械的負荷のもと
にある用途において特に重要である。“水滴による衝撃
を受けたもろい材料における衝撃損失閾値”と題する報
文、エー・ジー・エバンスら、ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス５１（５）２４７３〜２４８２頁
（１９８０年５月）の２４８１頁に、脆い材料の表面に
おけるマルテンサイト補強（相変化）がこの種のもろい
材料の調整（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）に有用となりうると
いう説が示されている。表面圧縮応力が有益であろうと
いう説も示されている。しかし上記報文の著者らは彼ら
が“表面圧縮”によって何を意味しているかについては
何ら特別に説明していない。これらのもろい材料は入射
水滴が材料の表面に衝撃を与えた際に表面圧縮を受ける
。
【０００８】本発明によれば、高速水滴衝撃に対し抵抗
性の光学素子は、第１のあらかじめ定められた弾性率（
ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）をもつ
第１材料の基層、およびこれよりも高い第２の弾性率を
もつ第２材料の被膜を含む。この被膜層は光学素子の材
料に結合し、高速の水滴衝撃に際し遭遇する剪断応力に
より生じる剥離に対し高度の抵抗性をもつ。好ましくは
高弾性率の被膜は光学素子を構成する材料の屈折率より
も低い屈折率をもつ材料からなる。なお好ましくは、こ
の材料は赤外線に対して実質的に透明であり、かつ実質
的に水不溶性である。この形態によれば、より高弾性率
の第２材料はより低弾性率の材料からなる基層を衝撃損
傷、特に高速液滴衝撃により生じる衝撃損傷に対して保
護する。さらに剪断力により生じる剥離に対して高い抵
抗性をもつ被膜材料は、高速の水滴衝撃に際して光学素
子上に残留し、これにより光学素子を降雨侵食などの環
境暴露から保護する。
性の光学素子は、第１のあらかじめ定められた弾性率（
ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）をもつ
第１材料の基層、およびこれよりも高い第２の弾性率を
もつ第２材料の被膜を含む。この被膜層は光学素子の材
料に結合し、高速の水滴衝撃に際し遭遇する剪断応力に
より生じる剥離に対し高度の抵抗性をもつ。好ましくは
高弾性率の被膜は光学素子を構成する材料の屈折率より
も低い屈折率をもつ材料からなる。なお好ましくは、こ
の材料は赤外線に対して実質的に透明であり、かつ実質
的に水不溶性である。この形態によれば、より高弾性率
の第２材料はより低弾性率の材料からなる基層を衝撃損
傷、特に高速液滴衝撃により生じる衝撃損傷に対して保
護する。さらに剪断力により生じる剥離に対して高い抵
抗性をもつ被膜材料は、高速の水滴衝撃に際して光学素
子上に残留し、これにより光学素子を降雨侵食などの環
境暴露から保護する。
【０００９】本発明の他の観点によれば、被膜は第１材
料と第２材料の混合物（好ましくは均質な混合物）の複
合被膜からなる。これらの材料はそれぞれ基層を形成す
る材料の弾性率の少なくとも２倍の弾性率をもつ。第２
材料は第１材料よりも実質的に高い弾性率をもち、第１
材料は水に対し不溶性かつ不活性であり、第２材料は水
と反応性である。この形態によれば、複合被膜は第１材
料１層のみにより得られる弾性率よりも高い弾性率をも
つ層を光学素子上に与える。ところが複合材料は第１材
料が施されて混合物を水の供給源から分離した場合は特
に、水溶性および水との反応性も比較的低いであろう。
料と第２材料の混合物（好ましくは均質な混合物）の複
合被膜からなる。これらの材料はそれぞれ基層を形成す
る材料の弾性率の少なくとも２倍の弾性率をもつ。第２
材料は第１材料よりも実質的に高い弾性率をもち、第１
材料は水に対し不溶性かつ不活性であり、第２材料は水
と反応性である。この形態によれば、複合被膜は第１材
料１層のみにより得られる弾性率よりも高い弾性率をも
つ層を光学素子上に与える。ところが複合材料は第１材
料が施されて混合物を水の供給源から分離した場合は特
に、水溶性および水との反応性も比較的低いであろう。
【００１０】本発明の他の観点によれば、基層の材料は
ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム
、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、硫化
亜鉛およびセレン化亜鉛、より好ましくはテルル化カド
ミウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛または三元硫化物、た
とえば硫化ランタンカルシウムよりなる群から選ばれる
。第１被膜層を構成する高弾性率の赤外線透過性材料は
酸化イットリウム、酸化スカンジウム、ならびに酸化イ
ットリウムと酸化マグネシウムの均質な組成物、酸化ス
カンジウムと酸化マグネシウムの組成物、および酸化ス
カンジウムと酸化イットリウムの混合物よりなる群から
選ばれる。この形態によれば８〜１２μｍの波長の帯域
で操作しうる光学素子のための耐衝撃性反射防止被膜が
施され、この種の素子を降雨侵食または高速の水滴衝撃
により起こる損傷に対しより抵抗性にする。
ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム
、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、硫化
亜鉛およびセレン化亜鉛、より好ましくはテルル化カド
ミウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛または三元硫化物、た
とえば硫化ランタンカルシウムよりなる群から選ばれる
。第１被膜層を構成する高弾性率の赤外線透過性材料は
酸化イットリウム、酸化スカンジウム、ならびに酸化イ
ットリウムと酸化マグネシウムの均質な組成物、酸化ス
カンジウムと酸化マグネシウムの組成物、および酸化ス
カンジウムと酸化イットリウムの混合物よりなる群から
選ばれる。この形態によれば８〜１２μｍの波長の帯域
で操作しうる光学素子のための耐衝撃性反射防止被膜が
施され、この種の素子を降雨侵食または高速の水滴衝撃
により起こる損傷に対しより抵抗性にする。
【００１１】本発明のさらに他の観点によれば、第１弾
性率をもつ赤外線透明な第１材料からなる光学的に透明
な素子が、光学素子の材料の弾性率よりも実質的に高い
第２弾性率、および光学素子の材料の屈折率よりも小さ
い屈折率をもつ第１層を含む複合被膜により、高速水滴
衝撃から保護される。第１被膜層の材料は、高速液滴衝
撃を受ける際に液滴の半径方向アウトフローにより生じ
る剪断応力に応答して光学素子の材料から剥離するのに
対して実質的に抵抗性である。複合被膜の第２層は比較
的高い第３弾性率をもつ第３材料からなる。この弾性率
は光学素子層を構成する第１材料の弾性率よりも高く、
かつ好ましくは第１被膜層の第２材料のものよりも高い
。第２被膜層を構成する第３材料は赤外線に対して実質
的に透明であり、かつ第１被膜層の第２材料の屈折率よ
りも高い屈折率をもつ。第２被膜層を構成する第３材料
も複合被膜の第１層の第２材料からの剥離に対して実質
的に抵抗性であるが、光学素子の第１材料に対する剥離
抵抗性は比較的乏しくてもよい。この形態によれば、半
径方向アウトフローにより誘発される光学素子からの材
料の剥離に対する実質的な抵抗性を備え、さらに半径方
向アウトフローにより誘発される第２被膜層の第３材料
の剥離に対する実質的な抵抗性を備えた材料の第１層を
介在させることにより、半径方向アウトフローにより誘
発される剥離に対して実質的に抵抗性であり、さらに第
１材料のものよりも大きな弾性率をもつ複合被膜が得ら
れる。この複合被膜により保護被膜の有効物理的厚さを
高めることができ、複合被膜層と光学素子の組合わせの
光学特性をなお維持するかまたは恐らくは改善しうる。
性率をもつ赤外線透明な第１材料からなる光学的に透明
な素子が、光学素子の材料の弾性率よりも実質的に高い
第２弾性率、および光学素子の材料の屈折率よりも小さ
い屈折率をもつ第１層を含む複合被膜により、高速水滴
衝撃から保護される。第１被膜層の材料は、高速液滴衝
撃を受ける際に液滴の半径方向アウトフローにより生じ
る剪断応力に応答して光学素子の材料から剥離するのに
対して実質的に抵抗性である。複合被膜の第２層は比較
的高い第３弾性率をもつ第３材料からなる。この弾性率
は光学素子層を構成する第１材料の弾性率よりも高く、
かつ好ましくは第１被膜層の第２材料のものよりも高い
。第２被膜層を構成する第３材料は赤外線に対して実質
的に透明であり、かつ第１被膜層の第２材料の屈折率よ
りも高い屈折率をもつ。第２被膜層を構成する第３材料
も複合被膜の第１層の第２材料からの剥離に対して実質
的に抵抗性であるが、光学素子の第１材料に対する剥離
抵抗性は比較的乏しくてもよい。この形態によれば、半
径方向アウトフローにより誘発される光学素子からの材
料の剥離に対する実質的な抵抗性を備え、さらに半径方
向アウトフローにより誘発される第２被膜層の第３材料
の剥離に対する実質的な抵抗性を備えた材料の第１層を
介在させることにより、半径方向アウトフローにより誘
発される剥離に対して実質的に抵抗性であり、さらに第
１材料のものよりも大きな弾性率をもつ複合被膜が得ら
れる。この複合被膜により保護被膜の有効物理的厚さを
高めることができ、複合被膜層と光学素子の組合わせの
光学特性をなお維持するかまたは恐らくは改善しうる。
【００１２】本発明の他の観点によれば、光学素子の第
１材料はケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化
ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウ
ム、硫化亜鉛およびセレン化亜鉛、あるいは三元硫化物
よりなる群から選ばれる。好ましくはこの材料はテルル
化カドミウム、硫化亜鉛およびセレン化亜鉛よりなる群
から選ばれる。第１被膜の第２材料は酸化イットリウム
、酸化スカンジウム、または酸化イットリウムもしくは
酸化スカンジウムと酸化マグネシウムの混合物よりなる
群から選ばれる。第２被膜の第３材料は酸化セリウム、
酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは硬質炭素よりなる
群から選ばれる。この種の形態によれば、光学素子の第
１材料および第２被膜層（特に硬質炭素層）の双方に十
分に結合した第１被膜層を構成する第２材料を介在させ
ることによって、一般に硬質炭素に伴う大部分の８〜１
２μｍ光学素子への付着の問題が除かれる。さらに、硬
質炭素などの材料は反射防止性材料、たとえば硫化亜鉛
、セレン化亜鉛またはテルル化カドミウムに対し適切な
屈折率をもたないので、硬質炭素層を低屈折率の第１被
膜層と組合わせて使用し、屈折率が効果的に低下した複
合材料を得ることができる。
１材料はケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化
ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウ
ム、硫化亜鉛およびセレン化亜鉛、あるいは三元硫化物
よりなる群から選ばれる。好ましくはこの材料はテルル
化カドミウム、硫化亜鉛およびセレン化亜鉛よりなる群
から選ばれる。第１被膜の第２材料は酸化イットリウム
、酸化スカンジウム、または酸化イットリウムもしくは
酸化スカンジウムと酸化マグネシウムの混合物よりなる
群から選ばれる。第２被膜の第３材料は酸化セリウム、
酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは硬質炭素よりなる
群から選ばれる。この種の形態によれば、光学素子の第
１材料および第２被膜層（特に硬質炭素層）の双方に十
分に結合した第１被膜層を構成する第２材料を介在させ
ることによって、一般に硬質炭素に伴う大部分の８〜１
２μｍ光学素子への付着の問題が除かれる。さらに、硬
質炭素などの材料は反射防止性材料、たとえば硫化亜鉛
、セレン化亜鉛またはテルル化カドミウムに対し適切な
屈折率をもたないので、硬質炭素層を低屈折率の第１被
膜層と組合わせて使用し、屈折率が効果的に低下した複
合材料を得ることができる。
【００１３】本発明のさらに他の観点によれば、複数の
低屈折率、高弾性率の材料、次いで高屈折率、高弾性率
の材料が交互に積重なって多層反射防止性耐衝撃被膜を
形成したものからなる複合層によって光学素子が保護さ
れる。この種の形態によれば、この被膜は、複合多層被
膜の物理的全厚が大きく、耐衝撃性が増大するという利
点と共に、広帯域反射防止性または他の光学的機能、た
とえばフィルター効果を与えるべく設計することができ
る。好ましくは低屈折率、高弾性率の材料は酸化イット
リウム、酸化スカンジウム、または酸化イットリウムも
しくは酸化スカンジウムと酸化マグネシウムの混合物よ
りなる群から選ばれ、高屈折率、高弾性率の材料は酸化
セリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは硬質炭
素よりなる群から選ばれる。光学素子を構成する材料は
ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム
、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、硫化
亜鉛およびセレン化亜鉛あるいは三元硫化物よりなる群
から選ばれる。
低屈折率、高弾性率の材料、次いで高屈折率、高弾性率
の材料が交互に積重なって多層反射防止性耐衝撃被膜を
形成したものからなる複合層によって光学素子が保護さ
れる。この種の形態によれば、この被膜は、複合多層被
膜の物理的全厚が大きく、耐衝撃性が増大するという利
点と共に、広帯域反射防止性または他の光学的機能、た
とえばフィルター効果を与えるべく設計することができ
る。好ましくは低屈折率、高弾性率の材料は酸化イット
リウム、酸化スカンジウム、または酸化イットリウムも
しくは酸化スカンジウムと酸化マグネシウムの混合物よ
りなる群から選ばれ、高屈折率、高弾性率の材料は酸化
セリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは硬質炭
素よりなる群から選ばれる。光学素子を構成する材料は
ケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム
、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム水銀、硫化
亜鉛およびセレン化亜鉛あるいは三元硫化物よりなる群
から選ばれる。
【００１４】本発明のさらに他の観点によれば、耐衝撃
性の調整光学素子は初期破壊強さをもつ光学材料の基層
を含む、光学材料の基層上に、圧縮された１層の材料か
らなる被膜が配置される。この圧縮材料層は光学材料の
基層の厚さと比較して実質的により小さな全厚をもつ。 この種の形態によれば、圧縮材料層は液滴衝撃に際して
遭遇する引張り応力波成分が表面の微細欠陥に与える影
響を緩和して、それらが光学素子の表面全体に生長する
のを防ぐ傾向を示すであろう。この圧縮領域は引張り応
力波成分に応答してそれらの微細欠陥を閉じ、それらが
生長するのを防止し、これにより引張り応力波成分を低
減させ、これを補償する傾向を示すであろう。この引張
り応力成分を低減させることにより、光学素子の表面に
おける水滴衝撃から生じる損傷は緩和され、従って比較
的もろい材料に、降雨により生じる損傷に対し抵抗性の
調整面が与えられる。この調整面は同時に光学素子の破
壊強さを増大させる。
性の調整光学素子は初期破壊強さをもつ光学材料の基層
を含む、光学材料の基層上に、圧縮された１層の材料か
らなる被膜が配置される。この圧縮材料層は光学材料の
基層の厚さと比較して実質的により小さな全厚をもつ。 この種の形態によれば、圧縮材料層は液滴衝撃に際して
遭遇する引張り応力波成分が表面の微細欠陥に与える影
響を緩和して、それらが光学素子の表面全体に生長する
のを防ぐ傾向を示すであろう。この圧縮領域は引張り応
力波成分に応答してそれらの微細欠陥を閉じ、それらが
生長するのを防止し、これにより引張り応力波成分を低
減させ、これを補償する傾向を示すであろう。この引張
り応力成分を低減させることにより、光学素子の表面に
おける水滴衝撃から生じる損傷は緩和され、従って比較
的もろい材料に、降雨により生じる損傷に対し抵抗性の
調整面が与えられる。この調整面は同時に光学素子の破
壊強さを増大させる。
【００１５】本発明の他の観点によれば、高速衝撃に際
して遭遇する損傷に抵抗すべく調整された光学素子は、
光学材料からなる基層を含み、その表面にはその材料の
圧縮層が配置されている。圧縮材料層はその層中に配置
された多数の溝を含み、これらの溝は隣接領域の圧縮層
により分離され、それらの溝の下方には圧縮層材料の一
部が配置されている。
して遭遇する損傷に抵抗すべく調整された光学素子は、
光学材料からなる基層を含み、その表面にはその材料の
圧縮層が配置されている。圧縮材料層はその層中に配置
された多数の溝を含み、これらの溝は隣接領域の圧縮層
により分離され、それらの溝の下方には圧縮層材料の一
部が配置されている。
【００１６】好ましくは光学材料の圧縮領域の厚さは３
ミクロン以下である。溝は一般に深さ１０〜１０，００
０Å、幅０．０１〜０．０２ｍｍである。この形態によ
れば、高速の推進衝撃に際して遭遇する損傷に対して高
度に抵抗性である調整、光学素子が提供される。
ミクロン以下である。溝は一般に深さ１０〜１０，００
０Å、幅０．０１〜０．０２ｍｍである。この形態によ
れば、高速の推進衝撃に際して遭遇する損傷に対して高
度に抵抗性である調整、光学素子が提供される。
【００１７】本発明のさらに他の観点によれば、光学素
子の調整法は多数の溝を光学素子に機械加工する工程か
らなり、これらの溝は一般に１０〜１０，０００Åの深
さをもち、隣接する溝の間およびこれらの溝の下側にそ
の光学材料の圧縮領域を備えている。
子の調整法は多数の溝を光学素子に機械加工する工程か
らなり、これらの溝は一般に１０〜１０，０００Åの深
さをもち、隣接する溝の間およびこれらの溝の下側にそ
の光学材料の圧縮領域を備えている。
【００１８】本発明のさらに他の観点によれば、光学材
料の表面調整法は光学素子をシングルポイント機械加工
して、光学素子の表面に厚さ０．５〜３．０μｍの圧縮
層を施す工程を含む。圧縮層は深さ１０〜１０，０００
Åの多数の溝を含み、隣接する溝は光学素子の材料の圧
縮層の一部によって隔てられている。好ましくは溝は、
シングルポイントダイヤモンド工具が回転光学素子の表
面と接触した状態で、光学素子をあらかじめ定められた
速度で回転させることにより光学材料中に導入される。 この工具は上記圧縮層が施されるまで、あらかじめ定め
られた速度で光学素子の表面に施される。この方法によ
れば、光学材料の表面をシングルポイント機械加工する
ことによって光学素子材料の圧縮層が施される。この圧
縮層は光学素子を補強し、高速水滴衝撃に際して生じる
表面付近の引張り応力を緩和または低減させることによ
って、高速液滴衝撃により生じる光学素子への損傷を防
止するのを助けるであろう。
料の表面調整法は光学素子をシングルポイント機械加工
して、光学素子の表面に厚さ０．５〜３．０μｍの圧縮
層を施す工程を含む。圧縮層は深さ１０〜１０，０００
Åの多数の溝を含み、隣接する溝は光学素子の材料の圧
縮層の一部によって隔てられている。好ましくは溝は、
シングルポイントダイヤモンド工具が回転光学素子の表
面と接触した状態で、光学素子をあらかじめ定められた
速度で回転させることにより光学材料中に導入される。 この工具は上記圧縮層が施されるまで、あらかじめ定め
られた速度で光学素子の表面に施される。この方法によ
れば、光学材料の表面をシングルポイント機械加工する
ことによって光学素子材料の圧縮層が施される。この圧
縮層は光学素子を補強し、高速水滴衝撃に際して生じる
表面付近の引張り応力を緩和または低減させることによ
って、高速液滴衝撃により生じる光学素子への損傷を防
止するのを助けるであろう。
【００１９】本発明のさらに他の観点によれば、耐衝撃
性の調整光学素子は初期破壊強さをもち、かつあらかじ
め定められた第１弾性率をもつ光学素子基層を含む。こ
の基層上に光学材料の圧縮層が配置されている。圧縮材
料層の全厚は光学材料の基層と比較して実質的に小さく
、一般に１〜３ミクロンである。この圧縮層上に、光学
素子の基層を形成する材料のものよりも高い第２弾性率
をもつ第２材料の被膜層が配置されている。この被膜層
は光学材料の圧縮層に結合し、高速水滴衝撃に際して遭
遇する剪断応力により生じる剥離に対し高度の抵抗性を
もつ。この形態によれば、圧縮層と被膜層の組合わせに
よって高い耐衝撃性および強度特性をもつ光学素子が提
供される。外側の被膜層はより高い第２弾性率をもつ材
料の被膜を与え、これによってより低い弾性率の材料か
らなる下側の基層を高速液滴衝撃などにより受ける衝撃
損傷に対して保護する。さらに圧縮材料層は液滴衝撃に
際して遭遇するこの引張り応力波成分の影響を緩和する
傾向を示すであろう。従ってこれら２種の技術を組み合
わせることによって、実質的に改善された耐衝撃性およ
び破壊強度をもつ光学素子が提供されるであろう。
性の調整光学素子は初期破壊強さをもち、かつあらかじ
め定められた第１弾性率をもつ光学素子基層を含む。こ
の基層上に光学材料の圧縮層が配置されている。圧縮材
料層の全厚は光学材料の基層と比較して実質的に小さく
、一般に１〜３ミクロンである。この圧縮層上に、光学
素子の基層を形成する材料のものよりも高い第２弾性率
をもつ第２材料の被膜層が配置されている。この被膜層
は光学材料の圧縮層に結合し、高速水滴衝撃に際して遭
遇する剪断応力により生じる剥離に対し高度の抵抗性を
もつ。この形態によれば、圧縮層と被膜層の組合わせに
よって高い耐衝撃性および強度特性をもつ光学素子が提
供される。外側の被膜層はより高い第２弾性率をもつ材
料の被膜を与え、これによってより低い弾性率の材料か
らなる下側の基層を高速液滴衝撃などにより受ける衝撃
損傷に対して保護する。さらに圧縮材料層は液滴衝撃に
際して遭遇するこの引張り応力波成分の影響を緩和する
傾向を示すであろう。従ってこれら２種の技術を組み合
わせることによって、実質的に改善された耐衝撃性およ
び破壊強度をもつ光学素子が提供されるであろう。
【００２０】以上の本発明の特色および本発明そのもの
は、図面に関する以下の詳細な説明からより十分に理解
されるであろう。
は、図面に関する以下の詳細な説明からより十分に理解
されるであろう。
【００２１】図１は基層および本発明による保護層から
なる光学素子（ここではプレート）の等測投影図である
。
なる光学素子（ここではプレート）の等測投影図である
。
【００２２】図２は図１の線２−２に沿って得た分解組
立断面図であり、本発明の一観点による単一層被膜から
なる保護層を示す。
立断面図であり、本発明の一観点による単一層被膜から
なる保護層を示す。
【００２３】図３は図１の線３−３に沿って得た分解組
立断面図であり、本発明の他の観点による一対の被膜層
からなる層を示す。
立断面図であり、本発明の他の観点による一対の被膜層
からなる層を示す。
【００２４】図４は図１の線４−４に沿って得た分解組
立立体図であり、本発明のさらに他の観点による複数対
の高屈折率および低屈折率交互の被膜層からなる層を示
す。
立立体図であり、本発明のさらに他の観点による複数対
の高屈折率および低屈折率交互の被膜層からなる層を示
す。
【００２５】図５Ａ〜図５Ｄは異なる弾性率をもつ被膜
について、半径方向応力低下を液滴衝撃の中心からの正
規化距離の関数として示す一連のグラフである（先行技
術）。
について、半径方向応力低下を液滴衝撃の中心からの正
規化距離の関数として示す一連のグラフである（先行技
術）。
【００２６】図６は変化率２５．４ｍｍ／時間（１イン
チ／時間）、速度７２４ｋｍ／時間（４５０ｍｐｈ）、
衝撃角度９０°および雨滴寸法２ｍｍの加速降雨場に暴
露された未被覆ＺｎＳ表面の顕微鏡写真である。
チ／時間）、速度７２４ｋｍ／時間（４５０ｍｐｈ）、
衝撃角度９０°および雨滴寸法２ｍｍの加速降雨場に暴
露された未被覆ＺｎＳ表面の顕微鏡写真である。
【００２７】図７は図６に示したものと同一の加速降雨
場に暴露された、本発明による反射防止（ＡＲ）被覆表
面の顕微鏡写真である。
場に暴露された、本発明による反射防止（ＡＲ）被覆表
面の顕微鏡写真である。
【００２８】図８は厚さ５．０８ｍｍ（０．２０インチ
）の被覆ＺｎＳプレートについての透過百分率対波長の
プロットである。
）の被覆ＺｎＳプレートについての透過百分率対波長の
プロットである。
【００２９】図９はドームの一部の断面図である。
【００３０】図１０は図１１に示したドームの表面部分
の断面拡大図である。
の断面拡大図である。
【００３１】図１１は微細組織欠陥をもつ一般の光学素
子の表面に降りかかった雨滴の断面略図である。
子の表面に降りかかった雨滴の断面略図である。
【００３２】図１２は本発明の他の観点による圧縮層に
降りかかった水滴の断面略図である。
降りかかった水滴の断面略図である。
【００３３】図１３は図１２に示す圧縮層に衝撃を与え
た水滴の拡大図である。
た水滴の拡大図である。
【００３４】図１４Ａ、図１４Ｂはそれぞれ常法により
研磨したドーム表面および本発明方法により調整した（
シングルポイント−ダイヤモンド加工）ドーム表面の顕
微鏡写真である。
研磨したドーム表面および本発明方法により調整した（
シングルポイント−ダイヤモンド加工）ドーム表面の顕
微鏡写真である。
【００３５】図１５は常法により研磨したＺｎＳ表面お
よび調整ＺｎＳディスク表面についてヌープ硬度数を荷
重の関数としてプロットしたものを示す（ＺｎＳ微小硬
度）。
よび調整ＺｎＳディスク表面についてヌープ硬度数を荷
重の関数としてプロットしたものを示す（ＺｎＳ微小硬
度）。
【００３６】図１６は一般的な硬度差（ヌープ）を調整
ＺｎＳディスクの圧縮表面内への侵入深さの関数として
プロットしたものである。
ＺｎＳディスクの圧縮表面内への侵入深さの関数として
プロットしたものである。
【００３７】図１７Ａ、図１７Ｂはそれぞれ常法により
研磨したＺｎＳレンズおよび本発明により調整したＺｎ
Ｓレンズ（ＤＰＭ、ダイヤモンドポイント加工）の、そ
れぞれ加速降雨場に暴露したのちの表面の顕微鏡写真で
ある。
研磨したＺｎＳレンズおよび本発明により調整したＺｎ
Ｓレンズ（ＤＰＭ、ダイヤモンドポイント加工）の、そ
れぞれ加速降雨場に暴露したのちの表面の顕微鏡写真で
ある。
【００３８】図１８Ａ、図１８Ｂはそれぞれ常法により
研磨したラップ仕上げＺｎＳレンズ（不規則）、および
本発明により調整した（ダイヤモンドポイント加工）、
圧縮層により生じるディストーションを示すラップ仕上
げＺｎＳレンズ（高度の凹形）の顕微鏡写真である。
研磨したラップ仕上げＺｎＳレンズ（不規則）、および
本発明により調整した（ダイヤモンドポイント加工）、
圧縮層により生じるディストーションを示すラップ仕上
げＺｎＳレンズ（高度の凹形）の顕微鏡写真である。
【００３９】図１９は本発明の他の観点による光学材料
圧縮層および被膜層を備えたプレートまたはドームなど
の光学素子の一部の断面図である。
圧縮層および被膜層を備えたプレートまたはドームなど
の光学素子の一部の断面図である。
【００４０】図１を参照すると、光学素子（ここではプ
レート）１０があらかじめ定められた光学特性を備えた
材料からなる基層１２を含むものとして示される。光学
素子はここでは特にプレートであるとして示されるが、
他の型の光学素子、たとえば窓、ドーム、レンズなど、
平面以外の形状をもつものを上記のプレートの代わりに
採用できると解される。一般的な基層１２は少なくとも
１．３ｍｍ（０．０５インチ）、一般に２．５〜１２．
７ｍｍ（０．１〜約０．５インチ）以上の厚さをもつで
あろう。光学素子はさらに選択的光学特性を備えていて
もよい。たとえば光学素子は一般に赤外、可視および／
または紫外スペクトルの光エネルギーに対し透明な材料
からなっていてもよい。この材料は誘電体または半導体
であってもよい。特に８〜１２μｍの波長範囲の赤外線
画像形成システムに用いられる光学素子については、好
ましい材料の例にはケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウ
ム、リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル
化カドミウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、または三元硫
化物の１種が含まれる。層１２を構成する選ばれた材料
を既知のいずれかの方法、たとえば粉末圧縮法（ｐｏｗ
ｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉ
ｏｎ）または化学蒸着法により加工することができる。 特に赤外線用としては、層１２のために選ばれた材料は
一般に３．５×１０５〜１０．５×１０５ｋｇ／ｃｍ２
（５×１０６〜１５×１０６ｐｓｉ）の比較的低い弾性
率、高い赤外線エネルギー透過率（一般に２．０〜３０
μｍの赤外線波長帯域の少なくとも一部にわたって５０
〜７５％）、および１０ミクロンにおいて一般に２．２
〜４．０の屈折率をもつことを一般に特色とする。これ
らの材料のうち若干についての関連する機械的および光
学的特性を表１に示す。
レート）１０があらかじめ定められた光学特性を備えた
材料からなる基層１２を含むものとして示される。光学
素子はここでは特にプレートであるとして示されるが、
他の型の光学素子、たとえば窓、ドーム、レンズなど、
平面以外の形状をもつものを上記のプレートの代わりに
採用できると解される。一般的な基層１２は少なくとも
１．３ｍｍ（０．０５インチ）、一般に２．５〜１２．
７ｍｍ（０．１〜約０．５インチ）以上の厚さをもつで
あろう。光学素子はさらに選択的光学特性を備えていて
もよい。たとえば光学素子は一般に赤外、可視および／
または紫外スペクトルの光エネルギーに対し透明な材料
からなっていてもよい。この材料は誘電体または半導体
であってもよい。特に８〜１２μｍの波長範囲の赤外線
画像形成システムに用いられる光学素子については、好
ましい材料の例にはケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウ
ム、リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル
化カドミウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、または三元硫
化物の１種が含まれる。層１２を構成する選ばれた材料
を既知のいずれかの方法、たとえば粉末圧縮法（ｐｏｗ
ｄｅｒｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉ
ｏｎ）または化学蒸着法により加工することができる。 特に赤外線用としては、層１２のために選ばれた材料は
一般に３．５×１０５〜１０．５×１０５ｋｇ／ｃｍ２
（５×１０６〜１５×１０６ｐｓｉ）の比較的低い弾性
率、高い赤外線エネルギー透過率（一般に２．０〜３０
μｍの赤外線波長帯域の少なくとも一部にわたって５０
〜７５％）、および１０ミクロンにおいて一般に２．２
〜４．０の屈折率をもつことを一般に特色とする。これ
らの材料のうち若干についての関連する機械的および光
学的特性を表１に示す。
【００４１】
【表１】
Ｒ％は対応する材料上に施された後記Ｙ２Ｏ３の四分の
一波長反射防止性（ＡＲ）単層被膜により生じる反射損
失（表面当たり）である。基層１２上に耐衝撃性の反射
防止被膜層１１が配置されている。ここでは層１１は論
じようとしている構造のいずれであってもよいと述べる
だけで十分である。
一波長反射防止性（ＡＲ）単層被膜により生じる反射損
失（表面当たり）である。基層１２上に耐衝撃性の反射
防止被膜層１１が配置されている。ここでは層１１は論
じようとしている構造のいずれであってもよいと述べる
だけで十分である。
【００４２】次いで図２を参照すると、被膜層１１は基
層１２を構成する材料の上方に（好ましくは材料上に）
配置された第１保護層１４を含むものとして示される。 保護層１４は基層１２弾性率よりも実質的に高い弾性率
、付着した厚さにおいて光学素子の選ばれた波長帯域に
わたって高度の赤外線透明性、および好ましくは基層１
２を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率をもつ材料
からなる。さらに付着した材料は層１２の材料に対する
高度の付着性を備え、特に高速液滴衝撃（たとえば水滴
衝撃）の半径方向アウトフローにより誘発される剪断応
力によって生じる剥離に対して高度に抵抗性である。 層１４はイオンビームスパッター法、ダイオードスパッ
ター法または蒸着法などいかなる方法によっても付着さ
せることができる。さらに層１４は、層１２を有機ビヒ
クルおよび高弾性率材料からなる溶液中に浸漬すること
によってプレート１２上に施すこともできる。プレート
をこの種の材料の溶液に浸漬したのちこの溶液から取出
し、オーブンに入れ、ここで有機ビヒクルを駆け出させ
る。あるいはビヒクルおよび被膜材料の混合物をあらか
じめ定められた温度に加熱された基層１２上に噴霧乾燥
することにより被膜を付着させることができる。これら
の各被覆様式によれば、基層１２上に均一な被膜層１４
を形成するための比較的安価な方法が提供される。前記
の基層材料に適した被膜材料には酸化イットリウム（Ｙ
２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化スカ
ンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、ならびにこれらの材料の均質
な混合物が含まれる。これらの材料についての関連の機
械的および光学的特性を表２に示す。
層１２を構成する材料の上方に（好ましくは材料上に）
配置された第１保護層１４を含むものとして示される。 保護層１４は基層１２弾性率よりも実質的に高い弾性率
、付着した厚さにおいて光学素子の選ばれた波長帯域に
わたって高度の赤外線透明性、および好ましくは基層１
２を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率をもつ材料
からなる。さらに付着した材料は層１２の材料に対する
高度の付着性を備え、特に高速液滴衝撃（たとえば水滴
衝撃）の半径方向アウトフローにより誘発される剪断応
力によって生じる剥離に対して高度に抵抗性である。 層１４はイオンビームスパッター法、ダイオードスパッ
ター法または蒸着法などいかなる方法によっても付着さ
せることができる。さらに層１４は、層１２を有機ビヒ
クルおよび高弾性率材料からなる溶液中に浸漬すること
によってプレート１２上に施すこともできる。プレート
をこの種の材料の溶液に浸漬したのちこの溶液から取出
し、オーブンに入れ、ここで有機ビヒクルを駆け出させ
る。あるいはビヒクルおよび被膜材料の混合物をあらか
じめ定められた温度に加熱された基層１２上に噴霧乾燥
することにより被膜を付着させることができる。これら
の各被覆様式によれば、基層１２上に均一な被膜層１４
を形成するための比較的安価な方法が提供される。前記
の基層材料に適した被膜材料には酸化イットリウム（Ｙ
２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化スカ
ンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、ならびにこれらの材料の均質
な混合物が含まれる。これらの材料についての関連の機
械的および光学的特性を表２に示す。
【００４３】
【表２】
被覆層１４に用いる材料を選ぶ際に考慮すべき主な因子
は、選ばれた材料が被膜層１４の材料を付着させる厚さ
において、光学素子の目的用途に適した光学特性をもた
なければならないことである。さらに被膜層１４の材料
は一般に基層１２の材料の弾性率の少なくとも約２倍の
弾性率をもたなければならない。さらに光学素子１０の
目的用途が被膜層１４を水に暴露するものである場合、
被膜層１４の材料は水に不溶性かつ安定性でなければな
らない。反射防止修正を施すためには、被膜層１４の材
料の屈折率は好ましくは基層１２の材料の屈折率よりも
小さい。一般に屈折率約１．００の空気と基層１２の材
料の間の反射防止修正のためには、被膜に要求される屈
折率（ｎ１４）は基層１２の材料の屈折率と周囲の媒質
の屈折率の相乗平均にほぼ等しい（ｎ１４≒√ｎ１２）
。大部分の材料について一般に知られているように、屈
折率は波長分散の関数として変化する。従って、この反
射防止修正も波長の関数として変化する。
は、選ばれた材料が被膜層１４の材料を付着させる厚さ
において、光学素子の目的用途に適した光学特性をもた
なければならないことである。さらに被膜層１４の材料
は一般に基層１２の材料の弾性率の少なくとも約２倍の
弾性率をもたなければならない。さらに光学素子１０の
目的用途が被膜層１４を水に暴露するものである場合、
被膜層１４の材料は水に不溶性かつ安定性でなければな
らない。反射防止修正を施すためには、被膜層１４の材
料の屈折率は好ましくは基層１２の材料の屈折率よりも
小さい。一般に屈折率約１．００の空気と基層１２の材
料の間の反射防止修正のためには、被膜に要求される屈
折率（ｎ１４）は基層１２の材料の屈折率と周囲の媒質
の屈折率の相乗平均にほぼ等しい（ｎ１４≒√ｎ１２）
。大部分の材料について一般に知られているように、屈
折率は波長分散の関数として変化する。従って、この反
射防止修正も波長の関数として変化する。
【００４４】好ましくは層１４は基層１２上にその光学
素子に対し目的とする特定の波長における四分の一波長
に相当する物理的厚さにまで付着する。一般にこの種の
素子の光学厚さ（ｔ０）は被膜１４の物理的厚さ（ｔ）
と被膜１４の材料の屈折率（ｎｃ）の積であると定義さ
れる（ｔ０＝ｔ・ｎｃ）。光学厚さλ／４に望まれる物
理的厚さはｔ＝（λ／４）／ｎｃにより示され、式中λ
はその光学素子が目的とする特定の波長であり、ｎＣは
目的波長における被膜の屈折率である。そこで当業者に
は認識されるであろうが、光学厚さ（ｔ０）はより高い
オーダーの厚さ、たとえば３λ／４または５λ／４であ
り、従って物理的厚さｔはｔ＝（（２Ｎ＋１）λ／４）
／ｎｃにより与えられる。式中Ｎは整数０，１，２，３
，・・・である。従って層１４の物理的厚さｔを増大さ
せると基層１２に対してより大きな耐衝撃性保護が得ら
れ、一方良好な反射防止性および光透過性はなお維持さ
れる。たとえば１０．６ミクロンにおいて屈折率ｎｃ＝
１．６３をもつ材料Ｙ２Ｏ３については、１０．３ミク
ロンにおけるλ／４単層の最適厚さは約１．６３ミクロ
ンであろう。
素子に対し目的とする特定の波長における四分の一波長
に相当する物理的厚さにまで付着する。一般にこの種の
素子の光学厚さ（ｔ０）は被膜１４の物理的厚さ（ｔ）
と被膜１４の材料の屈折率（ｎｃ）の積であると定義さ
れる（ｔ０＝ｔ・ｎｃ）。光学厚さλ／４に望まれる物
理的厚さはｔ＝（λ／４）／ｎｃにより示され、式中λ
はその光学素子が目的とする特定の波長であり、ｎＣは
目的波長における被膜の屈折率である。そこで当業者に
は認識されるであろうが、光学厚さ（ｔ０）はより高い
オーダーの厚さ、たとえば３λ／４または５λ／４であ
り、従って物理的厚さｔはｔ＝（（２Ｎ＋１）λ／４）
／ｎｃにより与えられる。式中Ｎは整数０，１，２，３
，・・・である。従って層１４の物理的厚さｔを増大さ
せると基層１２に対してより大きな耐衝撃性保護が得ら
れ、一方良好な反射防止性および光透過性はなお維持さ
れる。たとえば１０．６ミクロンにおいて屈折率ｎｃ＝
１．６３をもつ材料Ｙ２Ｏ３については、１０．３ミク
ロンにおけるλ／４単層の最適厚さは約１．６３ミクロ
ンであろう。
【００４５】次いで図３を参照すると、プレート１０は
基層１２およびその少なくとも第１面上に配置された被
膜層１１を含むものとして示されている。この場合被膜
層１１は反射防止性の耐衝撃性複合層１５である。層１
５は基層１２の材料の屈折率よりも小さな屈折率をもち
、かつ基層１２の材料に対し良好な付着性を備えた高弾
性率材料の前記被膜層１４を含むものとして示されてい
る。この第１被膜層１４上に、基材１２および第１被膜
層１４の双方の材料のものよりも実質的に高い弾性率を
もち、より高い屈折率をもつ第２材料からなる第２被膜
層１６が配置されている。この第２被膜層１６に適した
材料には酸化セリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム
および硬質炭素が含まれる。これらの例のうち硬質炭素
が最高の弾性率をもつため好ましい。しかし前記のよう
に、硬質炭素は特に８〜１２μｍの光の波長において基
層１２用として好ましい材料に含まれるセレン化亜鉛、
硫化亜鉛などに必ずしも十分に付着しない。これらの材
料についての関連の機械的および光学的特性を表３に示
す。
基層１２およびその少なくとも第１面上に配置された被
膜層１１を含むものとして示されている。この場合被膜
層１１は反射防止性の耐衝撃性複合層１５である。層１
５は基層１２の材料の屈折率よりも小さな屈折率をもち
、かつ基層１２の材料に対し良好な付着性を備えた高弾
性率材料の前記被膜層１４を含むものとして示されてい
る。この第１被膜層１４上に、基材１２および第１被膜
層１４の双方の材料のものよりも実質的に高い弾性率を
もち、より高い屈折率をもつ第２材料からなる第２被膜
層１６が配置されている。この第２被膜層１６に適した
材料には酸化セリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム
および硬質炭素が含まれる。これらの例のうち硬質炭素
が最高の弾性率をもつため好ましい。しかし前記のよう
に、硬質炭素は特に８〜１２μｍの光の波長において基
層１２用として好ましい材料に含まれるセレン化亜鉛、
硫化亜鉛などに必ずしも十分に付着しない。これらの材
料についての関連の機械的および光学的特性を表３に示
す。
【００４６】
【表３】
硬質炭素フィルムは適切な方法のいずれによっても付着
させることができる。たとえばイオンビームスパッター
法、および炭化水素含有蒸気の分解を伴う化学蒸着法を
採用することができる。硬質炭素層は前記のように大部
分の赤外線用材料に必ずしも十分には付着しないが、こ
の種の硬質炭素層は第１被膜層１４に用いるのに適した
材料には付着すると考えられる。前記のように層１４に
適した材料にはＭｇＯ、Ｓｃ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３が含
まれる。一般に硬質炭素はこれらのものを含む種々の型
の酸化物にきわめて良好に付着する。従って被膜層１４
をきわめて高弾性率の層１６と基層１２の間に介在させ
ることによって、きわめて高弾性率の１６の材料がもつ
耐衝撃性という利点が反射防止性、高耐衝撃性の複合層
１５をもたらし、基層１２を高速水滴衝撃から保護する
。
させることができる。たとえばイオンビームスパッター
法、および炭化水素含有蒸気の分解を伴う化学蒸着法を
採用することができる。硬質炭素層は前記のように大部
分の赤外線用材料に必ずしも十分には付着しないが、こ
の種の硬質炭素層は第１被膜層１４に用いるのに適した
材料には付着すると考えられる。前記のように層１４に
適した材料にはＭｇＯ、Ｓｃ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３が含
まれる。一般に硬質炭素はこれらのものを含む種々の型
の酸化物にきわめて良好に付着する。従って被膜層１４
をきわめて高弾性率の層１６と基層１２の間に介在させ
ることによって、きわめて高弾性率の１６の材料がもつ
耐衝撃性という利点が反射防止性、高耐衝撃性の複合層
１５をもたらし、基層１２を高速水滴衝撃から保護する
。
【００４７】次いで図４を参照すると、光学素子はここ
では基層１２および被膜層１１を含むものとして示され
ている。ここでは被膜層１１は図３に関連して述べた前
記の反射防止性耐衝撃複合被膜層１５を複数層含む広帯
域反射防止性耐衝撃被膜層１７である。この形態によれ
ば、基層１２への優れた付着性および高度の耐衝撃性を
もつきわめて厚い反射防止被膜１１が得られる。さらに
複数の複合層１５、ならびに個々の被膜層１４および１
６の厚さを多層被膜の光学デザイン原理に従って適宜選
ぶことにより、広帯域反射防止被膜を得ることもできる
。
では基層１２および被膜層１１を含むものとして示され
ている。ここでは被膜層１１は図３に関連して述べた前
記の反射防止性耐衝撃複合被膜層１５を複数層含む広帯
域反射防止性耐衝撃被膜層１７である。この形態によれ
ば、基層１２への優れた付着性および高度の耐衝撃性を
もつきわめて厚い反射防止被膜１１が得られる。さらに
複数の複合層１５、ならびに個々の被膜層１４および１
６の厚さを多層被膜の光学デザイン原理に従って適宜選
ぶことにより、広帯域反射防止被膜を得ることもできる
。
【００４８】次いで図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、フィ
ールドらの“透明な材料における液滴衝撃浸食の機構”
と題する報文（ＡＦＷＡＬ−ＴＲ−８２−４０２２）か
ら採用した一連のグラフは、液滴衝撃中心からの正規化
距離の関数としての半径方向応力低下を示す。各グラフ
は光学素子の材料のものよりも高い弾性率をもつ被覆面
上に生じる一般的な半径方向応力を、未被覆面上に生じ
る半径方向応力と比較してプロットしたものである。図
５Ｄに示すように、被膜の材料の弾性率が基層の材料の
弾性率の１０倍である場合、水滴衝撃に際して基層に誘
導される引張り応力は実質的にゼロに等しい。
ールドらの“透明な材料における液滴衝撃浸食の機構”
と題する報文（ＡＦＷＡＬ−ＴＲ−８２−４０２２）か
ら採用した一連のグラフは、液滴衝撃中心からの正規化
距離の関数としての半径方向応力低下を示す。各グラフ
は光学素子の材料のものよりも高い弾性率をもつ被覆面
上に生じる一般的な半径方向応力を、未被覆面上に生じ
る半径方向応力と比較してプロットしたものである。図
５Ｄに示すように、被膜の材料の弾性率が基層の材料の
弾性率の１０倍である場合、水滴衝撃に際して基層に誘
導される引張り応力は実質的にゼロに等しい。
【００４９】次いで図６および図７を参照すると、それ
ぞれ変化率（ｒａｔｅ）２５．４ｍｍ／時間（１インチ
／時間）、速度（ｖｅｌｏｓｉｔｙ）７２４ｋｍ／時間
（４５０マイル／時間）、入射角度９０°、および液滴
直径２ｍｍの加速降雨場に暴露されたのちの未被覆面（
図８）および被覆面（図９）の顕微鏡写真が示される。 ここに認められるように、未被覆硫化亜鉛表面が示す損
傷の量は酸化イットリウム被覆した硫化亜鉛表面が示す
損傷よりも実質的に高い。
ぞれ変化率（ｒａｔｅ）２５．４ｍｍ／時間（１インチ
／時間）、速度（ｖｅｌｏｓｉｔｙ）７２４ｋｍ／時間
（４５０マイル／時間）、入射角度９０°、および液滴
直径２ｍｍの加速降雨場に暴露されたのちの未被覆面（
図８）および被覆面（図９）の顕微鏡写真が示される。 ここに認められるように、未被覆硫化亜鉛表面が示す損
傷の量は酸化イットリウム被覆した硫化亜鉛表面が示す
損傷よりも実質的に高い。
【００５０】図８を参照すると、厚さ５．１ｍｍ（０．
２インチ）のレイトラン（ＲＡＹＴＲＡＮ、レイテオン
社の商標、マサチュセッツ州レキシントン）型の硫化亜
鉛の被覆プレートについて透過百分率対波長のプロット
が示される。被膜は１０．０ミクロンにおいて四分の一
波長厚さの酸化イットリウムであった。被膜は厚さ約２
．４５ミクロンであった。被膜は１０ミクロンにおいて
表面の透過率が最大になるように選ばれ、プレートの主
要両面に施された。
２インチ）のレイトラン（ＲＡＹＴＲＡＮ、レイテオン
社の商標、マサチュセッツ州レキシントン）型の硫化亜
鉛の被覆プレートについて透過百分率対波長のプロット
が示される。被膜は１０．０ミクロンにおいて四分の一
波長厚さの酸化イットリウムであった。被膜は厚さ約２
．４５ミクロンであった。被膜は１０ミクロンにおいて
表面の透過率が最大になるように選ばれ、プレートの主
要両面に施された。
【００５１】次いで図９〜図１２を参照すると、光学素
子（この場合はドーム１１０）の一部があらかじめ定め
られた光学特性をもつ材料からなる層１１２を含むもの
として示されている。光学素子はここではドームとして
示されているが、他の型の光学素子、たとえば窓、プレ
ート、レンズなどをこのドーム１１０の代わりに採用し
うると解される。一般に基層１１２は基層１２と同様な
厚さをもつであろう。光学素子はさらに選ばれた光学特
性を備えていてもよい。たとえば光学素子は一般に赤外
、可視または紫外スペクトルの光エネルギーに対し透明
な材料からなっていてもよい。光学素子の材料は誘電体
または半導体であってもよい。特に赤外線画像形成シス
テムに用いられる光学素子については、好ましい材料の
例にはケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガ
リウム、テルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウム
、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、または一般式ＭＮ２Ｓ４（
式中Ｍは一価のイオンであり、Ｎはランタニド系列から
選ばれるイオンであり、ＳはスルフィドイオンＳ２−で
ある）の三元硫化物のうちいずれかが含まれる。層１１
２を構成する選ばれた材料は既知の方法のいずれか、た
とえば粉末圧縮法（ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｉｏ
ｎ， ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）または化学蒸着法
により加工することができる。一般に層１１２のために
選ばれた材料は特定のエネルギー、たとえば赤外線帯域
の少なくとも一部にわたって一般に５０％以上の赤外線
エネルギーに対し比較的高い透過率をもつことを特色と
し、一般に３．５〜１０．５×１０５ｋｇ／ｃｍ２（５
〜１５×１０６ｐｓｉ）の弾性率をもつきわめてもろく
、かなり剛性の材料であるが、一般に３８７〜１０５５
ｋｇ／ｃｍ２（５，５００〜１５，０００ｐｓｉ）の破
壊強さをもつ、一般にかなり軟弱な材料である。
子（この場合はドーム１１０）の一部があらかじめ定め
られた光学特性をもつ材料からなる層１１２を含むもの
として示されている。光学素子はここではドームとして
示されているが、他の型の光学素子、たとえば窓、プレ
ート、レンズなどをこのドーム１１０の代わりに採用し
うると解される。一般に基層１１２は基層１２と同様な
厚さをもつであろう。光学素子はさらに選ばれた光学特
性を備えていてもよい。たとえば光学素子は一般に赤外
、可視または紫外スペクトルの光エネルギーに対し透明
な材料からなっていてもよい。光学素子の材料は誘電体
または半導体であってもよい。特に赤外線画像形成シス
テムに用いられる光学素子については、好ましい材料の
例にはケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化ガ
リウム、テルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウム
、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、または一般式ＭＮ２Ｓ４（
式中Ｍは一価のイオンであり、Ｎはランタニド系列から
選ばれるイオンであり、ＳはスルフィドイオンＳ２−で
ある）の三元硫化物のうちいずれかが含まれる。層１１
２を構成する選ばれた材料は既知の方法のいずれか、た
とえば粉末圧縮法（ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｍｐａｃｔｉｏ
ｎ， ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）または化学蒸着法
により加工することができる。一般に層１１２のために
選ばれた材料は特定のエネルギー、たとえば赤外線帯域
の少なくとも一部にわたって一般に５０％以上の赤外線
エネルギーに対し比較的高い透過率をもつことを特色と
し、一般に３．５〜１０．５×１０５ｋｇ／ｃｍ２（５
〜１５×１０６ｐｓｉ）の弾性率をもつきわめてもろく
、かなり剛性の材料であるが、一般に３８７〜１０５５
ｋｇ／ｃｍ２（５，５００〜１５，０００ｐｓｉ）の破
壊強さをもつ、一般にかなり軟弱な材料である。
【００５２】ドーム１１０はさらに光学素子１１０の表
面１１２ａ上に施された塑性変形圧縮層１１４（図１０
）を含む。好ましくは、圧縮層１１４（厚さｔｃ）は層
１１２の材料の一部である。図１０にいっそう詳細に示
されるように、圧縮層１１４は多数の溝（ｆｕｒｒｏｗ
， ｇｒｏｏｖｅ）１１３を含み、これらの溝１１３の
隣接するものは層１１２の材料の圧縮領域１１３ａによ
り隔てられ、これらの溝の下側には圧縮層１１３ｂが配
置されている。層１１４の圧縮度は、後記のようにドー
ム１１０の処理に際して与えられる圧縮力の大きさの関
数である。
面１１２ａ上に施された塑性変形圧縮層１１４（図１０
）を含む。好ましくは、圧縮層１１４（厚さｔｃ）は層
１１２の材料の一部である。図１０にいっそう詳細に示
されるように、圧縮層１１４は多数の溝（ｆｕｒｒｏｗ
， ｇｒｏｏｖｅ）１１３を含み、これらの溝１１３の
隣接するものは層１１２の材料の圧縮領域１１３ａによ
り隔てられ、これらの溝の下側には圧縮層１１３ｂが配
置されている。層１１４の圧縮度は、後記のようにドー
ム１１０の処理に際して与えられる圧縮力の大きさの関
数である。
【００５３】次いで第１１および１２図を参照して、圧
縮層１１４がドームを補強し、高速水衝撃または機械的
負荷に際して遭遇する損傷から保護する機構について述
べる。
縮層１１４がドームを補強し、高速水衝撃または機械的
負荷に際して遭遇する損傷から保護する機構について述
べる。
【００５４】図１１に示されるように、常法により研磨
された表面１１２ａに、最終速度Ｖ０で、表面１１２ａ
に対し法線方向に、層１１２の表面１１２ａに衝突して
いる水滴１１５がある。層１１２の表面１１２ａには研
磨表面の加工中そのほか基層１１２の形態に伴って生じ
る既存の微細欠陥１１６がある。水滴１１５が常法によ
る表面１１２ａと衝突した際、生じる表面応力波の引張
り成分（矢印１１８により表わされる）が与えられる。 微細欠陥１１６の領域におけるこの引張り力１１８に応
答して、微細欠陥は亀裂１１６′として生長する。引張
り力が十分に高い場合、亀裂１１６′は光学素１０の基
層１１２を貫通して生長する可能性がある。これらの亀
裂の数が十分である場合、この素子の光学的透明性は亀
裂の領域における内部反射および屈折のため著しく低下
する可能性がある。より重要なことは、十分な亀裂を含
む光学素子は破壊または破断しやすく、その結果光学シ
ステム（図示されていない）の残りの部分が突発的損傷
を受けることである。
された表面１１２ａに、最終速度Ｖ０で、表面１１２ａ
に対し法線方向に、層１１２の表面１１２ａに衝突して
いる水滴１１５がある。層１１２の表面１１２ａには研
磨表面の加工中そのほか基層１１２の形態に伴って生じ
る既存の微細欠陥１１６がある。水滴１１５が常法によ
る表面１１２ａと衝突した際、生じる表面応力波の引張
り成分（矢印１１８により表わされる）が与えられる。 微細欠陥１１６の領域におけるこの引張り力１１８に応
答して、微細欠陥は亀裂１１６′として生長する。引張
り力が十分に高い場合、亀裂１１６′は光学素１０の基
層１１２を貫通して生長する可能性がある。これらの亀
裂の数が十分である場合、この素子の光学的透明性は亀
裂の領域における内部反射および屈折のため著しく低下
する可能性がある。より重要なことは、十分な亀裂を含
む光学素子は破壊または破断しやすく、その結果光学シ
ステム（図示されていない）の残りの部分が突発的損傷
を受けることである。
【００５５】図１２および図１３に示されるように、本
発明によれば圧縮層１１４がドーム１１０上に施されて
いるので、基層１１２にある既存の微細欠陥１１６は領
域１１４の材料の圧迫により治ゆする。圧縮層１１４の
加工に際して対向する圧縮力１１４が与えられ、これに
より微細欠陥の大きさが縮小し、より小さな微細欠陥１
１７となる。さらに微細欠陥１１７を取り巻く材料は、
領域１１３ｂの材料を押込む矢印１２０により示される
ように、なお圧縮下にある。前記のように水滴衝撃に際
して、微細欠陥部位に引張り応力成分１１８が与えられ
る。微細欠陥はより小さいので、水滴が表面層に衝撃を
与えても損傷を生じない速度は高まる。これは微細欠陥
の大きさが縮小することによって速度閾値が増大するか
らである。さらに、溝１１３が施されたのちも材料は圧
縮状態にあり、微細欠陥１１７部位に生じる低下した引
張り応力成分１１８′は、この引張り応力成分１１８′
が層１１４の圧縮程度を表わす圧縮力を上回らない限り
、圧縮層１１４を貫通して基層１１２中に達するまで成
長することはないであろう。従って圧縮層１１４は衝撃
損傷が起こる速度閾値を高める２種の機構を提供する。 すなわちこれは一般に材料中に存在する微細欠陥の程度
を低下させ、これにより一定の水滴衝撃速度について、
生じる引張り成分を小さくし；かつ圧縮層１１４に生じ
た引張り力の生長を鈍らせるかまたは低下させる圧縮力
を与える。
発明によれば圧縮層１１４がドーム１１０上に施されて
いるので、基層１１２にある既存の微細欠陥１１６は領
域１１４の材料の圧迫により治ゆする。圧縮層１１４の
加工に際して対向する圧縮力１１４が与えられ、これに
より微細欠陥の大きさが縮小し、より小さな微細欠陥１
１７となる。さらに微細欠陥１１７を取り巻く材料は、
領域１１３ｂの材料を押込む矢印１２０により示される
ように、なお圧縮下にある。前記のように水滴衝撃に際
して、微細欠陥部位に引張り応力成分１１８が与えられ
る。微細欠陥はより小さいので、水滴が表面層に衝撃を
与えても損傷を生じない速度は高まる。これは微細欠陥
の大きさが縮小することによって速度閾値が増大するか
らである。さらに、溝１１３が施されたのちも材料は圧
縮状態にあり、微細欠陥１１７部位に生じる低下した引
張り応力成分１１８′は、この引張り応力成分１１８′
が層１１４の圧縮程度を表わす圧縮力を上回らない限り
、圧縮層１１４を貫通して基層１１２中に達するまで成
長することはないであろう。従って圧縮層１１４は衝撃
損傷が起こる速度閾値を高める２種の機構を提供する。 すなわちこれは一般に材料中に存在する微細欠陥の程度
を低下させ、これにより一定の水滴衝撃速度について、
生じる引張り成分を小さくし；かつ圧縮層１１４に生じ
た引張り力の生長を鈍らせるかまたは低下させる圧縮力
を与える。
【００５６】圧縮層１１４を施すための好ましい方法は
、光学素子の表面部分をシングルポイントダイヤモンド
で加工することである。一般に表面を２工程で加工する
ことができる。第１工程、“荒削り”は、図１０に示さ
れるように実質量の材料１１９を除去すべく選ばれた機
械加工パラメータをもつ。これは２５〜１２７ミクロン
（１〜５ミル）程度以上の材料であろう。第２の切削工
程、“仕上げ削り”は１回または数回のパスまたは切削
過程であってもよく、その際少量の材料、一般に約２．
５〜１２．７ミクロン（０．１〜０．５ミル）が除去さ
れ、実質的には平坦であるが溝を備えた表面が得られる
。
、光学素子の表面部分をシングルポイントダイヤモンド
で加工することである。一般に表面を２工程で加工する
ことができる。第１工程、“荒削り”は、図１０に示さ
れるように実質量の材料１１９を除去すべく選ばれた機
械加工パラメータをもつ。これは２５〜１２７ミクロン
（１〜５ミル）程度以上の材料であろう。第２の切削工
程、“仕上げ削り”は１回または数回のパスまたは切削
過程であってもよく、その際少量の材料、一般に約２．
５〜１２．７ミクロン（０．１〜０．５ミル）が除去さ
れ、実質的には平坦であるが溝を備えた表面が得られる
。
【００５７】図１０に示される調整圧縮層１１４につい
ての一般的な表面特性は下記のとおりである。
ての一般的な表面特性は下記のとおりである。
【００５８】溝１１３は一般に幅Ｗｆ（一般に０．０１
〜０．０２ｍｍ）をもつであろう。側壁部分１１３ａは
一般に１０〜１０，０００Åの高さｈｆをもつ。
〜０．０２ｍｍ）をもつであろう。側壁部分１１３ａは
一般に１０〜１０，０００Åの高さｈｆをもつ。
【００５９】２５．４ｍｍ（１インチ）の硫化亜鉛ディ
スクに圧縮層１１４を機械加工するために用いられる一
般的な加工パラメータは下記のとおりである。
スクに圧縮層１１４を機械加工するために用いられる一
般的な加工パラメータは下記のとおりである。
【００６０】
圧縮表面層を作成するた
めに有用な シングルポイ
ント機械加工パラメーター
荒削り： 切削
の深さ＝０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）
回転速度 ＝７５０ｒｐｍ
供給速度 ＝１２．７ｍｍ／分（０．５インチ／分）
工具半径 ＝３．１７５ｍｍ（０．
１２５インチ）
仕上げ削り 切削の深さ
＝０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）
回転速度 ＝５５０ｒｐｍ 供
給速度 ＝６．３５ｍｍ／分（０．２５０インチ／分
） 工具半径 ＝３．１７５ｍｍ（０
．１２５インチ）この方法により６０個の硫化亜鉛ディ
スク試料を加工した。これらのディスクについて測定し
た機械的パラメータはヌープ微小硬度（ｋｇ／ｍｍ２）
および破壊強さであった。破壊強さは一般に少なくとも
１３７１ｋｇ／ｃｍ２（１９，５００ｐｓｉ）であり、
これは常法により研磨された試料の破壊強さ１０９０ｋ
ｇ／ｃｍ２（１５，５００ｐｓｉ）よりも大きい。従っ
てこの方法は破壊強さを約２５％増大させる。
めに有用な シングルポイ
ント機械加工パラメーター
荒削り： 切削
の深さ＝０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）
回転速度 ＝７５０ｒｐｍ
供給速度 ＝１２．７ｍｍ／分（０．５インチ／分）
工具半径 ＝３．１７５ｍｍ（０．
１２５インチ）
仕上げ削り 切削の深さ
＝０．００５１ｍｍ（０．０００２インチ）
回転速度 ＝５５０ｒｐｍ 供
給速度 ＝６．３５ｍｍ／分（０．２５０インチ／分
） 工具半径 ＝３．１７５ｍｍ（０
．１２５インチ）この方法により６０個の硫化亜鉛ディ
スク試料を加工した。これらのディスクについて測定し
た機械的パラメータはヌープ微小硬度（ｋｇ／ｍｍ２）
および破壊強さであった。破壊強さは一般に少なくとも
１３７１ｋｇ／ｃｍ２（１９，５００ｐｓｉ）であり、
これは常法により研磨された試料の破壊強さ１０９０ｋ
ｇ／ｃｍ２（１５，５００ｐｓｉ）よりも大きい。従っ
てこの方法は破壊強さを約２５％増大させる。
【００６１】図１４Ａ、図１４Ｂに示したように、常法
により研磨した表面は実質的に平滑、均一であり、特色
がない。これに対し本発明により調整された表面は実質
上規則的な間隔を置いたうねまたは溝を含む。
により研磨した表面は実質的に平滑、均一であり、特色
がない。これに対し本発明により調整された表面は実質
上規則的な間隔を置いたうねまたは溝を含む。
【００６２】図１５および図１６には、常法により研磨
した硫化亜鉛ディスク、および圧縮層１１４を含む硫化
亜鉛ディスクについての一般的なヌープ硬度数対荷重の
一般的な微小硬度プロットを示す。圧縮層１１４を含む
ディスクについてのヌープ硬度数は一般に、３０ｇ以下
の荷重に対しては常法により研磨したディスクについて
のヌープ硬度よりも５０〜１００の値だけ高い。さらに
図１６に示すように、ヌープ硬度数の差を圧縮層１１４
中への侵入の深さとして表わした硬度差は、侵入の深さ
２ミクロン以下について著しく硬度が増大することが示
される。このデータを外挿することによって、硬度効果
は機械加工試料の表面部分３ミクロン以内に限られると
推定される。
した硫化亜鉛ディスク、および圧縮層１１４を含む硫化
亜鉛ディスクについての一般的なヌープ硬度数対荷重の
一般的な微小硬度プロットを示す。圧縮層１１４を含む
ディスクについてのヌープ硬度数は一般に、３０ｇ以下
の荷重に対しては常法により研磨したディスクについて
のヌープ硬度よりも５０〜１００の値だけ高い。さらに
図１６に示すように、ヌープ硬度数の差を圧縮層１１４
中への侵入の深さとして表わした硬度差は、侵入の深さ
２ミクロン以下について著しく硬度が増大することが示
される。このデータを外挿することによって、硬度効果
は機械加工試料の表面部分３ミクロン以内に限られると
推定される。
【００６３】図１７Ａおよび図１７Ｂ、すなわち７２４
ｋｍ／時間（４５０マイル／時間）において２５．４ｍ
ｍ／時間（１インチ／時間）に加速された降雨場（２ｍ
ｍの液滴直径）に５分間暴露したのちの常法により研磨
した硫化亜鉛プレートおよびダイヤモンドポイント加工
した硫化亜鉛プレートは、常法により研磨した試料が主
として表面破壊からなる損傷を有意により多く受けたこ
とを示す。これに対し、硫化亜鉛試料をシングルポイン
トダイヤモンド加工することにより施された圧縮層を含
むプレートが受けた損傷（図１７Ｂ）は実質的にこれよ
りも少ない。
ｋｍ／時間（４５０マイル／時間）において２５．４ｍ
ｍ／時間（１インチ／時間）に加速された降雨場（２ｍ
ｍの液滴直径）に５分間暴露したのちの常法により研磨
した硫化亜鉛プレートおよびダイヤモンドポイント加工
した硫化亜鉛プレートは、常法により研磨した試料が主
として表面破壊からなる損傷を有意により多く受けたこ
とを示す。これに対し、硫化亜鉛試料をシングルポイン
トダイヤモンド加工することにより施された圧縮層を含
むプレートが受けた損傷（図１７Ｂ）は実質的にこれよ
りも少ない。
【００６４】図１８Ａおよび図１８Ｂを比較すると、層
１１４が光学材料の圧縮層であることが示される。同一
ロットの硫化亜鉛材料から得た２枚の硫化亜鉛レンズブ
ランクを研磨した。一方のレンズはその表面が通常の研
磨法により光学的に平坦に研磨され、他方のレンズはそ
の表面が本発明により平坦に機械加工された。加工した
のち各試料の表面を下側にしてラッピングパッド上に取
付け、ラップ仕上げ面全体を厚さ約５．１ｍｍ（０．２
インチ）から０．２５ｍｍ（０．０１インチ）まで、ま
た可視スペクトルにおいて四分の一波長平面度にまで薄
くした。これらの試料をラッピングパッドからはずした
時、各試料にある程度のディストーションが生じた。こ
のディストーションは図１８Ａおよび図１８Ｂの干渉ト
ポグラフに示される。図１８Ａに示すように、常法によ
り研磨した試料のディストーションは小さく、不規則な
最終面が得られたことを示す。しかし図１８Ｂに示すよ
うに、本発明による圧縮層１１４を含む試料については
、ディストーションが著しいため干渉計で測定できなか
った。さらに図３の試験片をラッピングパッドからはず
した時、試料はひずんで著しい凹面となった。このディ
ストーションはラップ仕上げした試料の層に含まれる固
有の応力に関係するものである。従って常法により研磨
したブランクには圧縮応力が実質上与えられていなかっ
たことが明らかである（図１８Ａ）；これに対し図１８
Ｂに示される試料は高度に圧縮された層１１４を備えて
いた。凹面の半径を光学的に測定し、この半径を用いて
機械処理面に存在する圧縮応力の量を推定した（図１８
Ｂ）。表面の曲率半径（Ｒ）と圧縮応力（Ｓ）の関係は
下記のとおりである。
１１４が光学材料の圧縮層であることが示される。同一
ロットの硫化亜鉛材料から得た２枚の硫化亜鉛レンズブ
ランクを研磨した。一方のレンズはその表面が通常の研
磨法により光学的に平坦に研磨され、他方のレンズはそ
の表面が本発明により平坦に機械加工された。加工した
のち各試料の表面を下側にしてラッピングパッド上に取
付け、ラップ仕上げ面全体を厚さ約５．１ｍｍ（０．２
インチ）から０．２５ｍｍ（０．０１インチ）まで、ま
た可視スペクトルにおいて四分の一波長平面度にまで薄
くした。これらの試料をラッピングパッドからはずした
時、各試料にある程度のディストーションが生じた。こ
のディストーションは図１８Ａおよび図１８Ｂの干渉ト
ポグラフに示される。図１８Ａに示すように、常法によ
り研磨した試料のディストーションは小さく、不規則な
最終面が得られたことを示す。しかし図１８Ｂに示すよ
うに、本発明による圧縮層１１４を含む試料については
、ディストーションが著しいため干渉計で測定できなか
った。さらに図３の試験片をラッピングパッドからはず
した時、試料はひずんで著しい凹面となった。このディ
ストーションはラップ仕上げした試料の層に含まれる固
有の応力に関係するものである。従って常法により研磨
したブランクには圧縮応力が実質上与えられていなかっ
たことが明らかである（図１８Ａ）；これに対し図１８
Ｂに示される試料は高度に圧縮された層１１４を備えて
いた。凹面の半径を光学的に測定し、この半径を用いて
機械処理面に存在する圧縮応力の量を推定した（図１８
Ｂ）。表面の曲率半径（Ｒ）と圧縮応力（Ｓ）の関係は
下記のとおりである。
【００６５】Ｓ＝Ｅｄ２／（６（１−Ｖ）ｔＲ）式中、
Ｅはヤング率であり、７．６×１０５ｋｇ／ｃｍ２（１
０．８×１０６ｐｓｉ）で与えられ；ｄは試料の厚さで
あり、０．２２９ｍｍ（０．００９インチ）と推定され
；Ｒは曲率半径であり、１２９．２×１０−２ｍと測定
され；ｔは圧縮層の厚さであり、１×１０−６ｍと推定
され；Ｖはポッション比（ｐｏｓｓｉｏｎ′ｓ ｒａｔ
ｉｏ）であり、０．２８と推定される。Ｓについて解く
ことによりＳ＝７１００ｋｇ／ｃｍ２（１×１０５ｐｓ
ｉ）が得られる。 従って上記のデータに証明された補強および硬化作用は
明らかに、前記操作中に硫化亜鉛ブランク上に表面圧縮
層が形成された結果である。従って機械加工パラメータ
ー、たとえば工具の速度、工具の種類、切削の深さ、供
給速度、工具の角度などを適切に選ぶことにより、硫化
亜鉛表面に施された圧縮層の規模を選定することができ
、従って硫化亜鉛の補強／硬化の程度を制御することも
できる。
Ｅはヤング率であり、７．６×１０５ｋｇ／ｃｍ２（１
０．８×１０６ｐｓｉ）で与えられ；ｄは試料の厚さで
あり、０．２２９ｍｍ（０．００９インチ）と推定され
；Ｒは曲率半径であり、１２９．２×１０−２ｍと測定
され；ｔは圧縮層の厚さであり、１×１０−６ｍと推定
され；Ｖはポッション比（ｐｏｓｓｉｏｎ′ｓ ｒａｔ
ｉｏ）であり、０．２８と推定される。Ｓについて解く
ことによりＳ＝７１００ｋｇ／ｃｍ２（１×１０５ｐｓ
ｉ）が得られる。 従って上記のデータに証明された補強および硬化作用は
明らかに、前記操作中に硫化亜鉛ブランク上に表面圧縮
層が形成された結果である。従って機械加工パラメータ
ー、たとえば工具の速度、工具の種類、切削の深さ、供
給速度、工具の角度などを適切に選ぶことにより、硫化
亜鉛表面に施された圧縮層の規模を選定することができ
、従って硫化亜鉛の補強／硬化の程度を制御することも
できる。
【００６６】次いで図１９を参照すると、光学素子（こ
こではプレート１３０）の一部が、前記のあらかじめ定
められた光学特性を備えた材料からなる層１２を含むも
のとして示されている。層１２上に図９〜図１８に関連
して記述されている圧縮材料層１１４が配置されている
。圧縮層１１４上に、図１〜図８に関連して記述されて
いる前記の単一層または多層被膜の一つからなる被膜層
１１が配置されている。この形態によれば、前記両方法
により高められた硬化性および降雨浸食抵抗性は、実質
的に改善された降雨浸食抵抗性および破壊強さをもつ光
学素子を提供するのに役立つであろうと考えられる。
こではプレート１３０）の一部が、前記のあらかじめ定
められた光学特性を備えた材料からなる層１２を含むも
のとして示されている。層１２上に図９〜図１８に関連
して記述されている圧縮材料層１１４が配置されている
。圧縮層１１４上に、図１〜図８に関連して記述されて
いる前記の単一層または多層被膜の一つからなる被膜層
１１が配置されている。この形態によれば、前記両方法
により高められた硬化性および降雨浸食抵抗性は、実質
的に改善された降雨浸食抵抗性および破壊強さをもつ光
学素子を提供するのに役立つであろうと考えられる。
【００６７】以上、本発明の好ましい形態につき記述し
たが、その概念を取入れた他の形態も採用しうることは
当業者には明らかであろう。従って本発明は提示された
形態に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の精神お
よび範囲によってのみ限定されるべきであると考えられ
る。
たが、その概念を取入れた他の形態も採用しうることは
当業者には明らかであろう。従って本発明は提示された
形態に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の精神お
よび範囲によってのみ限定されるべきであると考えられ
る。
【図１】 基層および本発明による保護層からなる光
学素子（ここではプレート）の等測投影図である。
学素子（ここではプレート）の等測投影図である。
【図２】 図１の線２−２に沿って得た分解組立断面
図であり、本発明の一観点による単一層被膜からなる保
護層を示す。
図であり、本発明の一観点による単一層被膜からなる保
護層を示す。
【図３】 図１の線３−３に沿って得た分解組立て断
面図であり、本発明の他の観点による一対の被膜層から
なる層を示す。
面図であり、本発明の他の観点による一対の被膜層から
なる層を示す。
【図４】 図１の線４−４に沿って得た分解組立立面
図であり、本発明のさらに他の観点による複数対の高屈
折率および底屈折率交互の被膜層からなる層を示す。
図であり、本発明のさらに他の観点による複数対の高屈
折率および底屈折率交互の被膜層からなる層を示す。
【図５】 図５Ａ〜図５Ｄは異なる弾性率をもつ被膜
について、半径方向応力低下を液滴衝撃の中心からの正
規化距離の関数として示す一連のグラフである（先行技
術）。
について、半径方向応力低下を液滴衝撃の中心からの正
規化距離の関数として示す一連のグラフである（先行技
術）。
【図６】 変化率２５．４ｍｍ／時間（１インチ／時
間）、速度７２４ｋｍ／時間（４５０ｍｐｈ）、衝撃角
度９０°および雨滴寸法２ｍｍの加速降雨場に暴露され
た未被覆ＺｎＳ表面の金属組織を示す顕微鏡写真である
。
間）、速度７２４ｋｍ／時間（４５０ｍｐｈ）、衝撃角
度９０°および雨滴寸法２ｍｍの加速降雨場に暴露され
た未被覆ＺｎＳ表面の金属組織を示す顕微鏡写真である
。
【図７】 図６に示したものと同一の加速降雨場に暴
露された、本発明による被覆表面の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
露された、本発明による被覆表面の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
【図８】 厚さ５．０８ｍｍ（０．２０インチ）の被
覆ＺｎＳプレートについての透過百分率対波長のプロッ
トである。
覆ＺｎＳプレートについての透過百分率対波長のプロッ
トである。
【図９】 ドームの一部の断面図である。
【図１０】 図１１に示したドームの表面部分の断面
拡大図である。
拡大図である。
【図１１】 微細組織欠陥をもつ一般の光学素子の表
面に降りかかった雨滴の断面略図である。
面に降りかかった雨滴の断面略図である。
【図１２】 本発明の他の観点による圧縮層に降りか
かった水滴の断面略図である。
かった水滴の断面略図である。
【図１３】 図１２に示す圧縮層に衝撃を与えた水滴
の拡大図である。
の拡大図である。
【図１４】 図１４Ａ、図１４Ｂはそれぞれ常法によ
り研磨したドーム表面および本発明方法により調整した
（シングルポイント−ダイヤモンド加工）ドーム表面の
金属組織を示す顕微鏡写真である。
り研磨したドーム表面および本発明方法により調整した
（シングルポイント−ダイヤモンド加工）ドーム表面の
金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図１５】 常法により研磨したＺｎＳ表面および調
整ＺｎＳディスク表面についてヌープ硬度数を荷重の関
数としてプロットしたものを示す（ＺｎＳ微小硬度）。
整ＺｎＳディスク表面についてヌープ硬度数を荷重の関
数としてプロットしたものを示す（ＺｎＳ微小硬度）。
【図１６】 一般的な硬度差（ヌープ）を調整ＺｎＳ
ディスクの圧縮表面内への侵入深さの関数としてプロッ
トしたものである。
ディスクの圧縮表面内への侵入深さの関数としてプロッ
トしたものである。
【図１７】 図１７Ａ、図１７Ｂはそれぞれ常法によ
り研磨したＺｎＳレンズおよび本発明により調整したＺ
ｎＳレンズの、それぞれ加速降雨場に暴露したのちの表
面の金属組織を示す顕微鏡写真である。
り研磨したＺｎＳレンズおよび本発明により調整したＺ
ｎＳレンズの、それぞれ加速降雨場に暴露したのちの表
面の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図１８】 図１８Ａ、図１８Ｂはそれぞれ常法によ
り研磨したラップ仕上げＺｎＳレンズ（不規則）、およ
び本発明により調整した（ダイヤモンド白金加工）、圧
縮層により生じるディストーションを示すラップ仕上げ
ＺｎＳレンズ（高度の凹形）の顕微鏡写真（金属組織）
である。
り研磨したラップ仕上げＺｎＳレンズ（不規則）、およ
び本発明により調整した（ダイヤモンド白金加工）、圧
縮層により生じるディストーションを示すラップ仕上げ
ＺｎＳレンズ（高度の凹形）の顕微鏡写真（金属組織）
である。
【図１９】 本発明の他の観点による光学材料圧縮層
および被膜層を備えたプレートまたはドームなどの光学
素子の一部の断面図である。
および被膜層を備えたプレートまたはドームなどの光学
素子の一部の断面図である。
１０、１１０：光学素子
１１、１１１：反射防止被膜層
１２、１１２：基層
１４：第１被膜層
１６：第２被膜層
１１３：溝
１１４：圧縮層
１１５：水滴
１１６、１１７：微細欠陥
１１８、１１８′：引張り応力成分
１２０：圧縮力
Claims (16)
- 【請求項１】 硫化亜鉛、セレン化亜鉛、砒化ガリウ
ム、リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル
化カドミウム、及び、一般化学式：ＭＮ２Ｓ４（式中、
Ｍは１Ａ族元素から選ばれるカチオンであり、Ｎはラン
タニド系列希土類元素から選ばれるカチオンであり、Ｓ
はスルフィドアニオンＳ２−である）を有する三元硫化
物からなる群から選択される、１０ミクロンの波長にお
いて約２．２〜３．３の屈折率、８ミクロン〜１２ミク
ロンの波長範囲における所定の光透過率、及び所定の弾
性率を有する第１の材料から構成される基層；第１の層
の材料の弾性率の少なくとも２倍の弾性率、１０ミクロ
ンの波長において２．０未満の屈折率、及び、（（２Ｎ
＋１）λ／４）／ｎｃにより与えられる物理的厚さ（こ
こで、λは８ミクロン〜１２ミクロンの範囲の波長であ
り、Ｎは整数であり、ｎｃは波長λにおける第２の材料
の屈折率である）を有する、該光学波長範囲において透
明な、該基層上に配置されている第２の異なる材料から
構成される層；から構成される光学素子。 - 【請求項２】 第２の材料が酸化イットリウム、酸化
スカンジウム又は酸化マグネシウム、あるいは、酸化イ
ットリウム、酸化スカンジウム及び酸化マグネシウムの
均質混合物からなる群から選ばれるものである請求項１
記載の光学素子。 - 【請求項３】 第２の材料の層が酸化イットリウムで
ある請求項２記載の光学素子。 - 【請求項４】 硫化亜鉛及びセレン化亜鉛からなる群
から選ばれ、約２〜１２ミクロンの範囲の波長を有する
光学エネルギーに対して所定の透過率を有する材料で構
成されており、約０．０５〜０．５インチの範囲の所定
の厚さを有する基層；及び酸化スカンジウム、酸化イッ
トリウム及び酸化マグネシウムからなる群から選ばれる
材料の、上記波長範囲内において選択された波長の約１
／４に等しい光学厚さを有する被覆；で構成される反射
防止、耐衝撃性光学被覆を有する光学素子。 - 【請求項５】 該波長が８〜１２ミクロンの範囲内で
ある請求項４記載の素子。 - 【請求項６】 上記波長の１／４の厚さの被覆が酸化
イットリウムである請求項５記載の素子。 - 【請求項７】 硫化亜鉛、セレン化亜鉛、砒化ガリウ
ム、リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、、テル
ル化カドミウム、及び、一般化学式：ＭＮ２Ｓ４（式中
、Ｍは１Ａ族元素から選ばれるカチオンであり、Ｎはラ
ンタニド系列希土類元素から選ばれるカチオンであり、
ＳはスルフィドアニオンＳ２−である）を有する三元硫
化物からなる群から選択される、１０ミクロンの波長に
おいて約２．２〜４の屈折率、所定範囲の波長において
所定の光透過率、及び所定の第１の弾性率を有する材料
から構成される基層；並びに、 （ｉ）該基層の材料の弾性率の少なくとも２倍の弾性率
を有し、該基層の材料の屈折率より低い屈折率を有する
第１の高弾性率材料から構成される第１の層；及び（ｉ
ｉ）該基層材料の弾性率の少なくとも２倍の弾性率を有
し、２．０以上の屈折率を有する第２の高弾性率材料か
ら構成される第２の層；から構成される、該基層上の少
なくとも一部分に配置されている複合被覆層；から構成
される光学素子。 - 【請求項８】 第１の高弾性率材料が、酸化イットリ
ウム、酸化スカンジウム及び酸化マグネシウム、あるい
は、酸化イットリウム、酸化スカンジウム及び酸化マグ
ネシウムの混合物からなる群から選ばれるものであり；
第２の高弾性材料が、硬質炭素、酸化セリウム、酸化チ
タン及び酸化ジルコニウムからなる群から選ばれるもの
である請求項７記載の光学素子。 - 【請求項９】 層が、ｔ＝（（２Ｎ＋１）λ／４）／
ｎｃ１（ここで、Ｎは整数０，１，２，３・・・であり
、λは対象とする特定の波長であり、ｎｃ１は第１の層
の材料の屈折率である）により与えられる物理的厚さｔ
を有し、第２の層の物理的厚さが、ｔ＝（（２Ｎ＋１）
λ／４）／ｎｃ２（ここで、ｎｃ２は第２の層の材料の
屈折率である）により与えられる請求項８記載の光学素
子。 - 【請求項１０】 硫化亜鉛、セレン化亜鉛、砒化ガリ
ウム、リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テル
ル化カドミウム、及び、一般化学式：ＭＮ２Ｓ４（式中
、Ｍは１Ａ族元素から選ばれるカチオンであり、Ｎはラ
ンタニド系列希土類元素から選ばれるカチオンであり、
ＳはスルフィドアニオンＳ２−である）を有する三元硫
化物からなる群から選択される、第１の弾性率及び約８
〜１２ミクロンの波長範囲において所定の光透過率を有
する第１の材料から構成される光学素子の領域を、高速
液滴環境中で遭遇する衝撃損傷から保護する方法であっ
て、保護すべき領域上に、第１の材料の少なくとも２倍
の弾性率を有し、該波長領域において所定の光透過率を
有し、かつ、液滴衝撃に際して半径方向のアウトフロー
によって生じる剪断応力に応答した第１材料からの剥離
に対して抵抗性を有する第２の材料を施す工程を含むこ
とを特徴とする前記方法。 - 【請求項１１】 光学素子を構成する材料が、硫化亜
鉛、セレン化亜鉛、砒化ガリウム、リン化ガリウム、テ
ルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウムからなる群
から選ばれる材料を含むものであり、第２の材料が，酸
化イットリウム、酸化スカンジウム、あるいは、酸化イ
ットリウム、酸化スカンジウム及び酸化マグネシウムの
均質混合物からなる群から選ばれるものである請求項１
０記載の方法。 - 【請求項１２】 第１の材料の弾性率の少なくとも２
倍の弾性率を有し、第２の材料の屈折率よりも大きい屈
折率を有する第３の材料を第２の材料の層上に与える工
程を更に含む請求項１０記載の方法。 - 【請求項１３】 第３の材料が、硬質炭素、酸化セリ
ウム、酸化チタン及び酸化ジルコニウムからなる群から
選ばれるものである請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 基層と硬質炭素層の間に、酸化イッ
トリウム、酸化スカンジウム及び酸化マグネシウムから
なる群から選ばれる材料で構成される第１の層を与える
工程を含む、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、砒化ガリウム、
リン化ガリウム、テルル化カドミウム水銀、テルル化カ
ドミウム、及び、一般化学式：ＭＮ２Ｓ４（式中、Ｍは
１Ａ族元素から選ばれるカチオンであり、Ｎはランタニ
ド系列希土類元素から選ばれるカチオンであり、Ｓはス
ルフィドアニオンＳ２−である）を有する三元硫化物か
らなる群から選択される材料で構成される基層に硬質炭
素層を結合させる方法。 - 【請求項１５】 第１の層が酸化イットリウムであり
、基層の材料が、セレン化亜鉛及び硫化亜鉛からなる群
から選ばれるものであり、基層、イットリウムの第１の
層及び硬質炭素層が、少なくとも８〜１２ミクロンの波
長範囲において高割合の効果率を有する光学素子を与え
る請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 第１の層が、ｔ＝（（２Ｎ＋１）λ
／４）／ｎｃ（ここで、λは対象とする特定の波長であ
り、ｎｃは波長λにおける第１の層の材料の屈折率であ
り、Ｎは整数０，１，２，３・・・である）で与えられ
る物理的厚さを有する請求項１５記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US87589386A | 1986-06-18 | 1986-06-18 | |
| US875893 | 1992-04-29 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152396A Division JPS62299901A (ja) | 1986-06-18 | 1987-06-18 | 耐衝撃性の調整された光学素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362901A true JPH04362901A (ja) | 1992-12-15 |
| JPH0682164B2 JPH0682164B2 (ja) | 1994-10-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152396A Granted JPS62299901A (ja) | 1986-06-18 | 1987-06-18 | 耐衝撃性の調整された光学素子 |
| JP3267188A Expired - Lifetime JPH0682164B2 (ja) | 1986-06-18 | 1991-09-18 | 耐衝撃性の調整された光学素子及びその製造方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62152396A Granted JPS62299901A (ja) | 1986-06-18 | 1987-06-18 | 耐衝撃性の調整された光学素子 |
Country Status (4)
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|---|---|
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| DE (1) | DE3720451C2 (ja) |
| FR (3) | FR2606164B1 (ja) |
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