JPH0578001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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。 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 imaging
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。 この水滴衝撃の問題はより一般的には当技術分
野で降雨浸食（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
（microflaw）に始まる。これらの光学素子に対
する降雨浸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つて
生長し、光学素子を貫く。いつたん形成される
と、表面下破壊が光学素子を貫いて連続生長する
ことによつて、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
するのに伴つて、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。 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〜
12μｍ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
的もろく、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。 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。従つ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
素子の耐衝撃を高めるのには役立たなかつた。 当技術分野においては、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浸食により起こる衝
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浸食機構”と題する報文
（ジエイ・イー・フイールヅらによる）、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つて
著しく増大すると考えられている。従つて硬質炭
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つた。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
つ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射損損失は光学素子を被
覆しなかつた場合よりも高いであろう。 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、ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジツクス50(5)2473〜2482頁（1980年
５月）の2481頁に、もろ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”によつて何を意味してい
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。 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。この被覆層は光学素子の材
料に結合し、拘束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覆材料は、拘束の水滴
衝撃に際して光学素子上に残留し、これにより光
学素子を降雨浸食などの環境暴露から保護する。 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。 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ツトリ
ウム、酸化スカンジウム、ならびに酸化イツトリ
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ツ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
を降雨浸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。 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被覆層の第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
または恐らくは改良しうる。 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材料は酸化イツトリウム、酸化スカン
ジウム、または酸化イツ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つ
て、一般に硬質炭素に伴う大部分の８〜12μｍ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。 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つ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つて光
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、たとえばフイル
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ツト
リウム、酸化スカンジウム、または酸化イツトリ
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。 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、従つ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。 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。 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10〜10000Å、
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。 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10〜10000Å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。 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。圧縮層の深さ10〜10000
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つて隔てられている。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
することによつ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つて、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。 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送
迎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
の組合わせによつ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
によつ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。従つてこれら２種の技
術を組合わせることによつて、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。 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。 第１図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。 第２図は第１図の線２−２に沿つて得た分解組
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。 第３図は第１図の線３−３に沿つて得た分解組
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。 第４図は第１図の線４−４に沿つて得た分解組
立断面図であり、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低屈折率御の被膜層から
なる層を示す。 第５Ａ〜５Ｄ図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）。 第６図は変化率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。 第７図は第６図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。 第８図は厚さ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ツト
である。 第９図はドームの一部の断面図である。 第１０図は第１１図に示したドームの表面部分
の断面拡大図である。 第１１図は微細組織欠陥をもつ一般の光学素子
の表面の降りかかつた雨滴の断面略図である。 第１２図は本発明の他の観点による圧縮層に降
りかかつた水滴の断面略図である。 第１３図は第１２図に示す圧縮層に衝撃を与え
た水滴の拡大図である。 第１４Ａ，１４Ｂ図はそれぞれ常法により研摩
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。 第１５図は常法により研摩したZnS表面および
調整ZnSデイ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ツトしたものを示す（ZnS微
小硬度）。 第１６図は一般的な硬度差（ヌープ）を調整
ZnSデイスクの圧縮表面内への侵入深さの関数と
してプロツトしたものである。 第１７Ａ，１７Ｂ図はそれぞれ常法により研摩
したZnSレンズおよび本発明により調整したZnS
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。 第１８Ａ，１８Ｂ図はそれぞれ常法により研摩
したラツプ仕上げ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イストーシヨンを示
すラツプ仕上げZnSレンズ（高度の凹形）の顕微
鏡写真である。 第１９図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。 第１図を参照すると、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
らなつていてもよい。この材料は誘電体または半
導体であつてもよい。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
（powder compaction、densification）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3.5×10⁵〜1.05×10⁵Kg／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2.0〜30μｍの赤外線波長帯域
の少なくとも一部にわたつて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。

【表】 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
のいずれであつてもよいと述べるだけで十分であ
る。 次いで第２図を参照すると、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の弾性率よりも
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つて高度の赤外線
透明性、および好ましくは基層１２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つ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ツタ
ー法、ダイオードスパツター法または蒸着法など
いかなる方法によつ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
よつてプレート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ツトリウ
ム（Y₂O₃）、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。

【表】 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算術
平均にほぼ等しい（n₁₄√₁₂）。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。従つて、この反射
防止修正も波長の関数として変化する。 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（n_c）の積で
あると定義される（t₀＝・n_c）。光学厚さλ／４
に望まれる物理的厚さはｔ＝（λ／４）／n_c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、n_c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、従つ
て物理的厚さｔはｔ＝〔（2N＋１）λ／４〕n_cに
より与えられる。式中Ｎは整数０、１、２、３、
…である。従つて層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n_c＝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。 次いで第３図を参照すると、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１５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１
４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。

【表】 硬質炭素フイルムは適切な方法のいずれによつ
ても付着させることができる。たとえばイオンビ
ームスパツター法、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。従つて
被膜層１４をきわめて高弾性率の層１６と基層１
２の間に介在させることによつて、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。 次いで第４図を参照すると、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は第３図に関連
して述べた前記の反射防止性耐衝撃複合被膜層１
５を複数層含む広帯域反射防止性耐衝撃被膜層１
７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１６
の厚さを多層被膜の光学デザイン原理に従つて適
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。 次いで第５Ａ〜５Ｄ図を参照すると、フイール
ドらの“透明な材料における液適衝撃浸食の機
構”と題する報文（AFWAL−TR−82−4022）
から採用した一連のグラフは、液適衝撃中心から
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
較してプロツトしたものである。第５Ｄ図に示す
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。 次いで第６および７図を参照すると、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（第８図）およ
び被覆面（第９図）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ツ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。 第８図を参照すると、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、マサチユセツツ州レキシントン）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
ロツトが示される。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ツトリウムであつた。
被膜は厚さ約2.45ミクロンであつた。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。 次いで第９〜１２図を参照すると、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、可視またた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つていてもよい。光学素子
の材料は誘電体または半導体であつてもよい。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はスルフイドイオン
S^-2である）の三元硫化物のうちいずれかが含ま
れる。層１１２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
compoction、densificaton）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つて一般に
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387〜1055Kg／cm²（5500〜15000psi）の破壊強
さをもつ、一般にかなり軟弱な材料である。 ドーム１１０はさらに光学素子１１０の表面１
１２ａ上に施された塑性変形圧縮層１１４（第１
０図）を含む。好ましくは、圧縮層１１４（厚さ
t_c）は層１１２の材料の一部である。第１０図は
いつ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。 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。 第１１図に示されるように、常法により研磨さ
れた表面１１２ａに、最終速度V₀で、表面１１
２ａ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１
１２の形態に伴つ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。 第１２および１３図に示されるように、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１
１６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１１
４が与えられ、これにより微細欠陥の大きさが縮
少し、より小さな微細欠陥１１７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
よつ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１１
８′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
中に達するまで生長することはないであろう。従
つて圧縮層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。 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、
第１０図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つて
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。 第１０図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。 溝１１３は一般に幅W_f（一般に0.01〜0.02mm）
をもつであろう。側壁部分１１３ａは一般に10〜
10000Åの高さh_fをもつ。 25.4mm（１インチ）の硫化亜鉛デイスクに圧縮
層１１４を機械加工するために用いられる一般的
な加工パラメーターは下記のとおりである。 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個の硫化亜鉛デイスク試料を
加工した。これらのデイスクについて測定した機
械的パラメーターはヌープ微小硬度（Kg／mm²）お
よび破壊強さであつた。破壊強さは一般に少なく
とも1371Kg／cm²（19500psi）であり、これは常法
により研磨された試料の破壊強さ1090Kg／cm²
（15500psi）よりも大きい。従つてこの方法は破
壊強さを約25％増大させる。 第１４Ａ，１４Ｂ図に示したように、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。 第１５および１６図には、常法により研摩した
硫化亜鉛デイスク、および圧縮層１１４を含む硫
化亜鉛デイ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ツトを示す。圧縮
層１１４を含むデイ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
研摩したデイスクについてのヌープ硬度よりも50
〜100の値だけ高い。さらに第１６図に示すよう
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つて、
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。 第１７Ａおよび１７Ｂ図、すなわち724Km／時
間（450マイル／時間）において25.4mm／時間
（１インチ／時間）に加速された降雨場（２mmの
液滴直径）に５分間暴露したのちの常法により研
摩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
摩した試料が主として表面下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（第１７Ｂ図）は実質的にこれより
も少ない。 第１８Ａおよび１８Ｂ図を比較すると、層１１
４が光学材料の圧縮層であることが示される。同
一ロツ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摩した。一方のレンズはその
表面が通常の研摩法により光学的に平坦に研摩さ
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
下側にしてラツピングパツド上に取付け、ラツプ
仕上げ面全体を厚く約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
れらの試料をラツピングパツドからはずした時、
各試料にある程度のデイストーシヨンが生じた。
このデイストーシヨンは第１８Ａおよび１８Ｂ図
の干渉トポグラフに示される。第１８Ａに示すよ
うに、常法により研摩した試料のデイストーシヨ
ンは小さく、不規則な最終面が得られたことを示
す。しかし第１８Ｂ図に示すように、本発明によ
る圧縮層１１４を含む試料については、デイスト
ーシヨンが著しいため干渉計で測定できなかつ
た。さらに第３図の試験片をラツピングパツドか
らはずした時、試料はひずんで著しい凹面となつ
た。このデイストーシヨンはラツプ仕上げした試
料の層に含まれる固有の応力に関係するものであ
る。従つて常法により研摩したブランクには圧縮
応力が実質上与えられていなかつたことが明らか
である（第１８Ａ図）；これに対し第１８Ｂ図に
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（第１８Ｂ図）。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。 Ｓ＝Ed²／６（１−Ｖ）tR 式中、Ｅはヤング率であり、7.6×10⁵Kg／cm²
（10.8×10⁶psi）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
はポツシヨン比（Possion′s ratio）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（１×10⁵psi）が得られる。従つて上
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、前記操作中に硬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。従つて機械加工
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、従つて硫化亜
鉛の補強／強化の程度を制御することもできる。 次いで第１９図を参照すると、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１
２を含むものとして示されている。層１２上に第
９〜１８図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、第
１〜８図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。 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。従つて本発明は
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つてのみ限定され
るべきと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基層および本発明により保護層からな
る光学素子（ここではプレート）の等測投影図で
ある。第２図は第１図の線２−２に沿つて得た分
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。第３図は第１図の
線３−３に沿つ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。第４図は第１図の線４−４に沿つて得た分
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低屈折率交互の被膜
層からなる層を示す。第５Ａ〜５Ｄ図は異なる弾
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）。第６図は変化
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２
mm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。第７図は第６図
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。第８図は厚さ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
プロツトである。第９図はドームの一部の断面図
である。第１０図は第１１図に示したドームの表
面部分の断面拡大図である。第１１図は微細組織
欠陥をもつ一般に光学素子の表面に降りかかつた
雨滴の断面略図である。第１２図は本発明の他の
関連による圧縮層に降りかかつた水滴の断面略図
である。第１３図は第１２図に示す圧縮層に衝撃
を与えた水滴の拡大図である。第１４Ａ，１４Ｂ
図はそれぞれ常法により研摩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。第１５図は常法により研摩
したZnS表面および調整ZnSデイスク表面につい
てヌープ硬度数を荷重の関数としてプロツトした
ものを示す（ZnS微小硬度）。第１６図は一般的
な硬度差（ヌープ）を調整ZnSデイスクの圧縮表
面内への侵入深さの関数としてプロツトしたもの
である。第１７Ａ，１７Ｂ図はそれぞれ常法によ
り研摩したZnSレンズおよび本発明により調整し
たZnS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。
第１８Ａ，１８Ｂ図はそれぞれ常法により研摩し
たランプ仕上げ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イストーシヨンを示すラツ
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。第１９図は本発明の他の観
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。各図において番号は下記のものを表わ
す。 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、１２
０：圧縮力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基部に比較して圧縮されている表面部分を有
   し、２〜12ミクロンの波長範囲において該表面部
   分を通して測定された所定の透過率を有する光透
   過性材料の基材を含む光学素子。 ２ 該材料の表面部分が約３ミクロンの厚さを有
   する特許請求の範囲第１項記載の光学素子。 ３ 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はスルフイドアニオンS^2-である）
   を有する三元硫化物からなる群から選択される所
   定の光透過率を有する材料で構成されている基材
   を含み、該基材の表面部分が圧縮されており、こ
   の圧縮表面部分が該表面部分に配置されている多
   数の溝を有しており、これらの溝の下側及び隣接
   する溝の間に該基材の圧縮領域が配置されている
   ことを特徴とする光学素子。 ４ 材料の圧縮領域が約３ミクロンの厚さを有す
   るものである特許請求の範囲第３項記載の光学素
   子。 ５ 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はスルフイドアニオンS^2-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、
   少なくとも約２〜30ミクロンの帯域の少なくとも
   一部分における所定の光の透過率、並びに、高速
   液滴衝撃により生じる損傷に対して所定の抵抗性
   を有する第１の材料から構成される基層； 該帯域の該部分において光学的に透明であり、
   液滴衝撃によつて生じる損傷に対する基層の抵抗
   性を高めるために該基層上に配置されている、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）／ｎにより与えられる物理
   的厚さ（ここで、Ｎは整数であり、λは該帯域に
   おける選択された波長であり、ｎはその波長にお
   ける第２の材料の屈折率である）を有する第２の
   材料から構成される手段； から構成され、該基層はその表面部分において該
   第１の材料の圧縮領域を含んでおり、該第２の材
   料が第１の材料の該圧縮領域上に配置されている
   ことを特徴とする光学素子。 ６ 圧縮層がこの層の表面部分に配置された多数
   の溝（furrow）を含み、これらの溝の下方に第
   １の材料の圧縮層が配置され、かつ隣接する溝の
   間に第１の材料の圧縮領域が配置されている特許
   請求の範囲第５項に記載の光学素子。 ７ 溝が、10〜10000Åの深さを有し、概して
   0.01〜0.02mmの範囲の幅を有する特許請求の範囲
   第６項記載の光学素子。 ８ 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はスルフイドアニオンS^2-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、
   少なくとも約２〜30ミクロンの帯域の少なくとも
   一部分における所定の光の透過率、並びに、高速
   液滴衝撃により生じる損傷に対して所定の抵抗性
   を有する第１の材料から構成される基層； 該帯域の該部分において光学的に透明であり、
   液滴衝撃によつて生じる損傷に対する基層の抵抗
   性を高めるために該基層上に配置されている、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）／ｎにより与えられる物理
   的厚さ（ここで、Ｎは整数であり、λは該帯域に
   おける選択された波長であり、ｎはその波長にお
   ける第２の材料の屈折率である）を有する第２の
   材料から構成される手段； から構成され、更に該基層中に配置されている該
   第１の材料の圧縮領域、並びに、第２の材料の層
   及び第２の材料の層上に配置されている第３の材
   料の層を含む複合層を含む光学素子。 ９ 第３の材料の弾性率が基層の材料の弾性率の
   少なくとも２倍である特許請求の範囲第８項記載
   の光学素子。 １０ 第２の材料が、酸化イツトリウム、酸化ス
   カンジウム、酸化マグネシウムまたはこれら３種
   の物質の混合物からなる群から選ばれるものであ
   り、 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
   れるものである特許請求の範囲第９項記載の光学
   素子。 １１ 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はスルフイドアニオンS^2-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、
   少なくとも約２〜30ミクロンの帯域の少なくとも
   一部分における所定の光の透過率、並びに、高速
   液滴衝撃により生じる損傷に対して所定の抵抗性
   を有する第１の材料から構成される基層； 該帯域の該部分において光学的に透明であり、
   液滴衝撃によつて生じる損傷に対する基層の抵抗
   性を高めるために該基層上に配置されている、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）／ｎにより与えられる物理
   的厚さ（ここで、Ｎは整数であり、λは該帯域に
   おける選択された波長であり、ｎはその波長にお
   ける第２の材料の屈折率である）を有する第２の
   材料から構成される手段； から構成され、基層の第１の材料が、所定の第１
   の弾性率を有しており、前記手段が、該第２の材
   料の圧縮領域、並びに、第１の層の材料よりも高
   い第２の弾性率を有する第３の材料の層を更に含
   む光学素子。 １２ 材料の表面部分を、該材料の圧縮表面部分
   層に転化させて、該材料の最初の破壊強さよりも
   高い破壊強さを有する表面部分層を与える工程を
   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はスルフイドアニオンS^2-である）
   を有する三元硫化物からなる群から選択される所
   定の最初の破壊強さを有する第１の材料で構成さ
   れる光学素子に調節された補強面を与える方法。 １３ 転化工程が、光学素子の表面をシングルポ
   イント旋削して該光学素子の圧縮表面部分を外側
   表面上に導入する工程を更に含む特許請求の範囲
   第１２項記載の方法。 １４ 該旋削工程が、シングルダイヤモンドポイ
   ント工具によつて行われる特許請求の範囲第１３
   項記載の方法。 １５ 該旋削工程が、まず光学素子を旋削して少
   なくとも１ミルの厚さを有する表面層部分を該外
   側表面から除去し、次に、該光学素子を旋削し
   て、少なくとも0.01ミルの厚さの表面部分を該外
   側表面から除去して、該光学素子の該外側表面上
   に、圧縮材料領域によつて離隔されている該表面
   部分中の溝を与える工程を含む特許請求の範囲第
   １４項記載の方法。 １６ 該光学素子が、ドーム、レンズ、プレート
   及び窓からなる群から選ばれるものである特許請
   求の範囲第１５項記載の方法。 １７ 光学素子の材料が、硫化亜鉛、セレン化亜
   鉛、テルル化カドミウム水銀、テルル化カドミウ
   ム、砒化ガリウム、リン化ガリウムからなる群か
   ら選ばれるものである特許請求の範囲第１６項記
   載の方法。 １８ 該材料が、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る特許請求の範囲第
   １７項記載の方法。