JPH0682164B2 - Optical element with adjusted impact resistance and method of manufacturing the same - Google Patents

Optical element with adjusted impact resistance and method of manufacturing the same

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JPH0682164B2
JPH0682164B2 JP3267188A JP26718891A JPH0682164B2 JP H0682164 B2 JPH0682164 B2 JP H0682164B2 JP 3267188 A JP3267188 A JP 3267188A JP 26718891 A JP26718891 A JP 26718891A JP H0682164 B2 JPH0682164 B2 JP H0682164B2
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デニス・ジー・モンタナリ
トーマス・バリティモス
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14Protective coatings, e.g. hard coatings
    • G02B1/105

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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。
The present invention relates generally to optical elements, and more particularly to shock protection and reinforcement of optical elements.

【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 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。
As is known in the art, optical imaging systems generally include externally mounted optical elements that shield the rest of the imaging system from the external environment. For example, for an infrared (IR) aerial imaging system, the rest of the infrared imaging system was wet,
Infrared transmissive optics, such as windows or domes, are attached to aviation systems to block exposure to corrosive and abrasive environments. Prolonged exposure to such environments generally impairs the optical and physical properties of the material of the optical element. The most severe environmental exposures encountered by these external components are generally believed to be the high-velocity water droplet impacts that occur when an aviation system flies over a rainy area.

【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(microflaw)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。
This water drop impact problem is more commonly referred to in the art as rain erosion. When flying in a rainy area, water droplets collide with the surface of the external element,
Subsurface destruction occurs even at subsonic speeds. For very brittle materials, these subsurface fractures begin with existing microflaw near the surface of the optical element. Rain erosion damage to these optical elements occurs before the material is significantly removed. The growth of these existing microdefects is sufficient to damage the optical element. In particular, these fine defects grow due to the tensile component of the surface stress wave generated when the liquid crystal is impacted by water droplets and penetrate the optical element. Once formed, subsurface fracture will often cause large cracks in the optical element by continual growth through the optical element. Scattering and refraction of incident infrared energy occurs in the region of the crack, increasing internal reflection and infrared energy loss. When a large number of such cracks are included, the transmittance of the optical element is significantly reduced. Furthermore, as cracks grow through the optical element, catastrophic failure of the element can occur. When the optics fracture or break, the remaining optics of the infrared imaging system are exposed to the external environment, causing potential catastrophic damage to the imaging system.

【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。
Materials which provide the best mechanical durability and optical performance to infrared imaging systems in general (especially 8 to 1).
(In the 2 μm infrared band) is relatively limited. Suitable materials include zinc sulfide, zinc selenide, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium mercury telluride, and cadmium telluride. Ternary sulfide materials, such as lanthanum calcium sulfide, are also currently being developed for infrared radiation (especially in the 8-12 μm band). Although these ternary sulfide materials can improve durability somewhat, even these materials are susceptible to the above environmental exposures. Generally all of the above materials are relatively brittle,
Relatively low resistance to damage, especially to damage from high velocity water drop impact.

【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。
Also as known in the art,
If the refractive index of the material forming the optical element differs significantly from the refractive index of the energy-producing medium, the optical energy incident on the surface of the optical element will be reflected at this surface. Generally for aeronautical systems, the energy generating medium is air with a refractive index of about 1. Therefore, in the optical industry, in order to reduce this kind of reflection loss, it is common practice to provide a coating of a material having an appropriate refractive index on the incident surface of the optical element. At the deposited thickness (which generally relates to the portion of the wavelength of light), these coatings are transparent in the infrared band. However, these optical coatings have heretofore played a role of reducing reflection loss caused by a mismatch in refractive index, and have not been useful for enhancing the impact resistance of optical elements.

【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−78−370
5−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。
In the art, a hard carbon layer, ie a carbon layer with quasi-diamond bonding and substantial optical clarity, when applied on germanium, provides some protection for germanium optics from impact damage caused by rainfall erosion. It is known. Concerning the hard carbon on germanium, "Liquid Impact Erosion Mechanism in Permeable Materials" (Jay Fields et al.), Final Paper September 30, 1982-March 31, 1983, Contrast No. AFOSR-78-370
5-D, article no. AFWAL-TR-83-4101
It is described inside. Hard carbon surface is another infrared material,
For example, it does not necessarily adhere effectively to zinc sulfide and zinc selenide. Moreover, the hard carbon coating, even on germanium, is susceptible to delamination upon high speed water drop impact as described in the above paper. It is theorized that the shear forces caused by the radial outflow of water drop impacts cause the coating to separate from the germanium layer. It is believed that this debonding phenomenon increases significantly as the thickness of the hard carbon layer increases. Therefore, thicker hard carbon coatings should provide more protection to the optical element against impact, but this was unsuccessful due to the delamination problem described above. Another problem with hard carbon is that the refractive index of hard carbon is about 2.45,
It is substantially higher than the refractive index of many of the above optical materials, such as zinc sulfide and zinc selenide. Therefore, if the optical element is coated with a hard carbon coating, the reflection loss at the entrance surface of the optical element will be higher than if the optical element were not coated.

【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。
A third problem in the art relates to the fracture strength of these materials. Again, most materials suitable for infrared transparent windows (especially in the 8-12 μm band) have low breaking strength. This property is particularly important in applications where these devices separate the high pressure region from the low pressure region, ie where the device is under some static or dynamic mechanical loading. 2481, Journal of Applied Physics 51 (5) 2473-2482 (May 1980), A. G. Evans et al., A report entitled "Impact loss threshold for brittle materials impacted by water droplets". It has been suggested that martensite reinforcement (phase change) at the surface of brittle materials can be useful for tempering brittle materials of this type. There is also the theory that surface compressive stress may be beneficial. However, the authors of the above report do not give any specific explanation of what they mean by "surface compaction". These brittle materials undergo surface compression when an incident water drop impacts the surface of the material.

【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。
According to the invention, an optical element resistant to high-velocity water droplet impact comprises a base layer of a first material having a first predetermined modulus of elasticity and a second, higher layer. A coating of a second material having an elastic modulus of. This coating layer binds to the material of the optical element and is highly resistant to delamination caused by the shear stresses encountered during high velocity drop impact. Preferably, the high elastic modulus coating is made of a material having a refractive index lower than that of the material forming the optical element. Still preferably, this material is substantially transparent to infrared radiation and substantially water insoluble. According to this aspect, the higher elastic modulus second material protects the base layer of the lower elastic modulus material against impact damage, particularly impact damage caused by high velocity droplet impact. In addition, the coating material, which has a high resistance to delamination caused by shear forces, remains on the optical element upon high-speed water drop impact, thereby protecting the optical element from environmental exposure such as rainfall erosion.

【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。
According to another aspect of the invention, the coating comprises a composite coating of a mixture (preferably a homogeneous mixture) of the first material and the second material. Each of these materials has a modulus of elasticity at least twice that of the material forming the base layer. Second
The material has a substantially higher elastic modulus than the first material, and
The material is insoluble and inert in water and the second material is reactive with water. According to this aspect, the composite coating provides the optical element with a layer having a higher elastic modulus than that obtained by only one layer of the first material. However, the composite material will also have relatively low water solubility and reactivity with water, especially when the first material is applied to separate the mixture from the water source.

【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。
According to another aspect of the invention, the material of the base layer is silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride, cadmium telluride mercury, zinc sulfide and zinc selenide, more preferably telluride. Cadmium, zinc sulfide, zinc selenide or ternary sulfide,
For example, it is selected from the group consisting of lanthanum calcium sulfide. The infrared ray transmissive material having a high elastic modulus that constitutes the first coating layer includes yttrium oxide, scandium oxide, a homogeneous composition of yttrium oxide and magnesium oxide, a composition of scandium oxide and magnesium oxide, and a composition of scandium oxide and yttrium oxide. Selected from the group consisting of mixtures. This form provides an impact resistant anti-reflective coating for optical elements that can operate in the wavelength band of 8-12 μm, making such elements more resistant to damage caused by rain erosion or high speed water drop impact. Sex

【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。
According to yet another aspect of the present invention, the optically transparent element made of the infrared transparent first material having the first elastic modulus is substantially higher than the elastic modulus of the material of the optical element. Protected against high velocity water drop impact by a composite coating that includes a first layer having a two modulus of elasticity and an index of refraction less than that of the material of the optical element. The material of the first coating layer is substantially resistant to delamination from the material of the optical element in response to the shear stress caused by the radial outflow of the droplet when subjected to high velocity droplet impact. The second layer of the composite coating comprises a third material having a relatively high third elastic modulus. This elastic modulus is higher than the elastic modulus of the first material forming the optical element layer,
And preferably higher than that of the second material of the first coating layer. The third material forming the second coating layer is substantially transparent to infrared rays and has a refractive index higher than that of the second material of the first coating layer. The third material forming the second coating layer is also substantially resistant to the peeling of the first layer of the composite coating from the second material, but the peeling resistance of the optical element to the first material is relatively poor. May be. According to this form,
It has a substantial resistance to delamination of the material from the optical element induced by radial outflow, and a substantial resistance to the delamination of the third material of the second coating layer induced by radial outflow. The inclusion of the first layer of material provided results in a composite coating that is substantially resistant to delamination induced by radial outflow and that has a greater elastic modulus than that of the first material. To be This composite coating can increase the effective physical thickness of the protective coating and still maintain or possibly improve the optical properties of the composite coating layer and optical element combination.

【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
〜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。
According to another aspect of the present invention, the first material of the optical element is silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride mercury, cadmium telluride, zinc sulfide and zinc selenide, or tri-element. It is selected from the group consisting of former sulfides. Preferably this material is selected from the group consisting of cadmium telluride, zinc sulfide and zinc selenide. The second material of the first coating is selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide, or yttrium oxide or a mixture of scandium oxide and magnesium oxide. The third material of the second coating is selected from the group consisting of cerium oxide, titanium oxide, zirconium oxide or hard carbon. According to this type of embodiment, generally, the hard material is generally hard by interposing the second material forming the first coating layer that is sufficiently bonded to both the first material and the second coating layer (particularly, the hard carbon layer) of the optical element. Most of the 8 associated with carbon
The problem of adherence to ~ 12 μm optics is eliminated. In addition, materials such as hard carbon do not have a suitable index of refraction for antireflective materials such as zinc sulfide, zinc selenide or cadmium telluride, so the hard carbon layer is combined with the low index first coating layer. When used together, a composite material having an effectively lowered refractive index can be obtained.

【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。
According to still another aspect of the present invention, a plurality of materials having a low refractive index and a high elastic modulus, and then a material having a high refractive index and a high elastic modulus are alternately stacked to form a multilayer antireflection impact-resistant coating. The optical element is protected by the composite layer formed. According to this type of form, this coating is intended to provide broadband anti-reflection or other optical functions, such as a filter effect, with the advantage of increasing the total physical thickness of the composite multilayer coating and increasing impact resistance. Can be designed. Preferably, the low refractive index, high elastic modulus material is selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide, or a mixture of yttrium oxide or scandium oxide and magnesium oxide, and the high refractive index, high elastic modulus material is cerium oxide, oxide. It is selected from the group consisting of titanium, zirconium oxide and hard carbon. The material forming the optical element is selected from the group consisting of silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride, cadmium mercury telluride, zinc sulfide and zinc selenide or ternary sulfide.

【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。
In accordance with yet another aspect of the present invention, an impact resistant tuning optic comprises a base layer of optical material having an initial puncture strength comprising a layer of compressed material on a base layer of optical material. A coating is placed. This layer of compressed material has a substantially smaller total thickness as compared to the thickness of the base layer of optical material.
According to this type of morphology, the layer of compressive material mitigates the effects of the tensile stress wave components encountered during droplet impact on the microscopic defects of the surface, preventing them from growing over the entire surface of the optical element. Will show. This compression region will tend to close these microdefects in response to the tensile stress wave component and prevent them from growing, thereby reducing the tensile stress wave component and compensating for it. By reducing this tensile stress component, damage resulting from water droplet impact on the surface of the optical element is mitigated, thus providing a relatively brittle material with a conditioning surface that is resistant to damage caused by rainfall. This adjusting surface simultaneously increases the breaking strength of the optical element.

【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。
In accordance with another aspect of the invention, an optical element tuned to resist the damage encountered during high speed impact comprises:
It includes a base layer of optical material, on the surface of which is located a compressed layer of the material. The layer of compressive material includes a number of grooves disposed in the layer, the grooves being separated by the compressive layer in adjacent regions, under which some of the compressive layer material is disposed.

【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。
Preferably the thickness of the compressed area of the optical material is 3
It is less than micron. Grooves generally have a depth of 10 to 10,000
The length is 0Å and the width is 0.01 to 0.02 mm. This form provides a conditioning, optical element that is highly resistant to damage encountered during high speed propulsion impact.

【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。
According to yet another aspect of the invention, a method of adjusting an optical element comprises machining a number of grooves into an optical element, the grooves generally having a depth of 10 to 10,000 Å. A compression zone of the optical material is provided between adjacent grooves and below the grooves.

【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。
According to still another aspect of the present invention, in the method for adjusting the surface of an optical material, the optical element is single-point machined to form a compression layer having a thickness of 0.5 to 3.0 μm on the surface of the optical element. Including steps. The compression layer has a depth of 10 to 10,000
Å multiple grooves, adjacent grooves separated by a portion of the compression layer of material of the optical element. Preferably the groove is
The single point diamond tool is introduced into the optical material by rotating the optical element at a predetermined speed while in contact with the surface of the rotating optical element.
The tool is applied to the surface of the optical element at a predetermined rate until the compression layer is applied. According to this method, a compression layer of optical element material is applied by single-point machining the surface of the optical material. This compression layer will reinforce the optical element and help prevent damage to the optical element caused by the high velocity drop impact by relaxing or reducing the near surface tensile stresses that occur during the high velocity drop impact.

【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。
In accordance with yet another aspect of the present invention, an impact resistant tunable optical element includes an optical element base layer having an initial puncture strength and a predetermined first modulus of elasticity. A compression layer of optical material is disposed on the base layer. The total thickness of the layer of compressive material is substantially smaller than the base layer of optical material, typically 1-3 microns. A coating layer of a second material having a second elastic modulus higher than that of the material forming the base layer of the optical element is disposed on this compression layer. This coating layer bonds to the compressed layer of optical material and is highly resistant to delamination caused by the shear stresses encountered during high velocity water drop impact. According to this aspect, the combination of the compression layer and the coating layer provides an optical element having high impact resistance and strength characteristics. The outer coating layer provides a coating of a material having a higher second modulus of elasticity, thereby protecting the lower substrate of lower modulus material from impact damage, such as under high velocity drop impact. In addition, the layer of compressive material will tend to mitigate the effects of this tensile stress wave component encountered during droplet impact. Therefore, the combination of these two techniques would provide an optical element with substantially improved impact resistance and puncture strength.

【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。
The foregoing features of the invention and the invention itself will be more fully understood from the following detailed description of the drawings.

【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。
FIG. 1 is an isometric projection of an optical element (here a plate) consisting of a base layer and a protective layer according to the invention.

【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。
FIG. 2 is an exploded cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, showing a protective layer comprising a single layer coating according to one aspect of the present invention.

【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。
FIG. 3 is an exploded cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1, showing a layer of a pair of coating layers according to another aspect of the invention.

【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。
FIG. 4 is an exploded view of the assembly taken along line 4-4 of FIG. 1 and comprises layers of pairs of alternating high and low refractive index coating layers in accordance with yet another aspect of the present invention. Indicates.

【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)。
FIGS. 5A-5D are a series of graphs showing radial stress drop as a function of normalized distance from the center of drop impact for coatings with different moduli (prior art).

【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。
FIG. 6 shows a change rate of 25.4 mm / hour (1 inch / hour), a speed of 724 km / hour (450 mph),
3 is a photomicrograph of uncoated ZnS surface exposed to an accelerated rainfall field with an impact angle of 90 ° and a raindrop size of 2 mm.

【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。
FIG. 7 is a photomicrograph of an antireflective (AR) coated surface according to the present invention exposed to the same accelerated rainfall field as shown in FIG.

【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。
FIG. 8 is a plot of transmission percentage versus wavelength for a 5.08 mm (0.20 inch) thick coated ZnS plate.

【0029】図9はドームの一部の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a part of the dome.

【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。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the surface portion of the dome shown in FIG.

【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。
FIG. 11 is a schematic sectional view of raindrops falling on the surface of a general optical element having a microstructure defect.

【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。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of water droplets falling on a compression layer according to another aspect of the present invention.

【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。
FIG. 13 is an enlarged view of water droplets that have impacted the compression layer shown in FIG.

【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。
14A and 14B are photomicrographs of the dome surface polished by a conventional method and the dome surface prepared by the method of the present invention (single point-diamond processing), respectively.

【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)。
FIG. 15 shows the Knoop hardness number plotted as a function of load for ZnS and polished ZnS disk surfaces polished by conventional methods (ZnS microhardness).

【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。
FIG. 16 is a plot of typical hardness difference (Knoop) as a function of penetration depth into the compressed surface of a conditioned ZnS disk.

【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。
FIGS. 17A and 17B are a ZnS lens polished by a conventional method and a Zn prepared by the present invention.
3 is a micrograph of the surface of each S lens (DPM, diamond point processed) after being exposed to an accelerated rainfall field.

【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。
FIG. 18A and FIG. 18B respectively show a lapped ZnS lens (irregular) polished by a conventional method, and a diamond point processed according to the present invention.
3 is a photomicrograph of a wrapped ZnS lens (highly concave) showing the distortion caused by the compression layer.

【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。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion of an optical element such as a plate or dome having an optical material compression layer and a coating layer according to another aspect of the present invention.

【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(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3.5×105〜10.
5×105kg/cm2(5×106〜15×106ps
i)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。
Referring to FIG. 1, an optical element (here, plate) 10 is shown as including a base layer 12 of a material having predetermined optical properties. Although the optical element is specifically shown here to be a plate,
Other types of optical elements such as windows, domes, lenses, etc.
It is understood that a plate having a shape other than a plane can be used instead of the above plate. A typical base layer 12 is at least 1.3 mm (0.05 inches), typically 2.5-12.
It will have a thickness of 7 mm (0.1 to about 0.5 inch) or more. The optical element may also have selective optical properties. For example, optical elements are generally infrared, visible and / or
Alternatively, it may be made of a material transparent to light energy in the ultraviolet spectrum. This material may be a dielectric or a semiconductor. Particularly for optical elements used in infrared imaging systems in the 8-12 μm wavelength range, examples of preferred materials include silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium mercury telluride, cadmium telluride, zinc sulfide, Includes zinc selenide, or one of the ternary sulfides. The selected material of which layer 12 is made can be made by any known method, such as powder compaction (powder).
compaction, densification) or chemical vapor deposition. Layer 12 especially for infrared
The materials selected for are generally 3.5 × 10 5 -10.
5 × 10 5 kg / cm 2 (5 × 10 6 to 15 × 10 6 ps
i) relatively low elastic modulus, high infrared energy transmission (typically 50-75% over at least a portion of the infrared wavelength band of 2.0-30 μm), and refraction of typically 2.2-4.0 at 10 microns. It is generally characterized by having a rate. The relevant mechanical and optical properties of some of these materials are shown in Table 1.

【0041】[0041]

【表1】 R%は対応する材料上に施された後記Y23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。
[Table 1] R% is the reflection loss (per surface) caused by the quarter wave anti-reflection (AR) monolayer coating of Y 2 O 3 described below on the corresponding material. An impact resistant antireflection coating layer 11 is disposed on the base layer 12. Suffice it to say here that layer 11 can be any of the structures which are to be discussed.

【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
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
23)、酸化マグネシウム(MgO)および酸化スカン
ジウム(Sc23)、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。
Referring now to FIG. 2, the coating layer 11 is above (preferably on) the material of which the base layer 12 is composed.
It is shown as including a first protective layer 14 disposed.
The protective layer 14 has a substantially higher elastic modulus than the elastic modulus of the base layer 12, a high degree of infrared transparency over the selected wavelength band of the optical element at the deposited thickness, and preferably a refractive index of the material forming the base layer 12. Also consists of a material with a low refractive index. In addition, the deposited material has a high degree of adhesion to the material of layer 12 and is particularly resistant to delamination caused by shear stress induced by the radial outflow of high velocity drop impact (eg, water drop impact). .
Layer 14 can be deposited by any method such as ion beam sputtering, diode sputtering or vapor deposition. Further, layer 14 may be applied to plate 12 by immersing layer 12 in a solution of organic vehicle and high modulus material. After immersing the plate in a solution of this type of material, it is removed from this solution and placed in an oven where the organic vehicle is run off. Alternatively, the coating can be applied by spray drying a mixture of vehicle and coating material onto the base layer 12 which has been heated to a predetermined temperature. According to each of these coating modes, a uniform coating layer 14 is formed on the base layer 12.
A relatively inexpensive method for forming the is provided. Suitable coating materials for the above-mentioned base layer materials include yttrium oxide (Y
2 O 3 ), magnesium oxide (MgO) and scandium oxide (Sc 2 O 3 ), and homogeneous mixtures of these materials. The relevant mechanical and optical properties for these materials are shown in Table 2.

【0043】[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。
[Table 2] The main factor to consider when choosing the material used for the coating layer 14 is that the selected material must have suitable optical properties for the intended use of the optical element in the thickness at which the material of the coating layer 14 is deposited. That is not the case. Further, the material of coating layer 14 should generally have a modulus of elasticity of at least about twice that of the material of base layer 12. Further, when the intended use of the optical element 10 is to expose the coating layer 14 to water,
The material of coating layer 14 must be water insoluble and stable. The refractive index of the material of the coating layer 14 is preferably lower than the refractive index of the material of the base layer 12 in order to provide an anti-reflection modification. In general, for an anti-reflection modification between air and a material of base layer 12 having an index of refraction of about 1.00, the required index of refraction (n 14 ) of the coating is the refractive index of the material of base layer 12 and the It is approximately equal to the geometric mean of the rates (n 14 ≈√n 12 ). As is generally known for most materials, the index of refraction changes as a function of chromatic dispersion. Therefore, this antireflection modification also changes as a function of wavelength.

【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Y23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。
Layer 14 is preferably deposited on substrate 12 to a physical thickness corresponding to a quarter wavelength at the particular wavelength of interest for the optical element. Generally, the optical thickness (t 0 ) of such a device is the physical thickness (t) of the coating 14.
And the refractive index (n c ) of the material of the coating 14 (t 0 = t · n c ). The desired physical thickness for the optical thickness λ / 4 is given by t = (λ / 4) / n c , where λ is the specific wavelength targeted by the optical element and n C is the target wavelength. Is the refractive index of the coating in. As will be appreciated by those skilled in the art, the optical thickness (t 0 ) is then of a higher order thickness, eg 3λ / 4 or 5λ / 4, so the physical thickness t is t = (( 2N + 1) λ / 4)
/ N c . Where N is an integer 0, 1, 2,
3, ... Thus, increasing the physical thickness t of layer 14 provides greater impact resistance protection to base layer 12, while still maintaining good antireflection and light transmission properties. For example, at 10.6 microns, the refractive index n c
For the material Y 2 O 3 with = 1.63, the optimum thickness of the λ / 4 monolayer at 10.3 microns would be about 1.63 microns.

【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。
Referring now to FIG. 3, plate 10 is shown as including a base layer 12 and a coating layer 11 disposed on at least a first side thereof. In this case, the coating layer 11 is an antireflection impact-resistant composite layer 15. Layer 1
No. 5 is shown as including the coating layer 14 of a high modulus material having a refractive index less than that of the material of the base layer 12 and having good adhesion to the material of the base layer 12. On this first coating layer 14, a second coating layer made of a second material having a substantially higher elastic modulus and a higher refractive index than those of the materials of both the substrate 12 and the first coating layer 14. 16 are arranged. Suitable materials for this second coating layer 16 include cerium oxide, titanium oxide, zirconium oxide and hard carbon. Of these examples, hard carbon is preferred because it has the highest elastic modulus. However, as described above, hard carbon does not always adhere sufficiently to zinc selenide, zinc sulfide, etc. contained in the preferable material for the base layer 12 especially at a light wavelength of 8 to 12 μm. The relevant mechanical and optical properties for these materials are shown in Table 3.
Shown in.

【0046】[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、Sc23およびY23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。
[Table 3] The hard carbon film can be deposited by any suitable method. For example, an ion beam sputtering method and a chemical vapor deposition method involving decomposition of a hydrocarbon-containing vapor can be adopted. Although the hard carbon layer does not necessarily adhere well to most infrared materials as described above, it is believed that this kind of hard carbon layer adheres to materials suitable for use in the first coating layer 14. Suitable materials for layer 14 as described above include MgO, Sc 2 O 3 and Y 2 O 3 . Hard carbon generally adheres very well to various types of oxides, including these. Therefore, by interposing the coating layer 14 between the layer 16 having an extremely high elastic modulus and the base layer 12, the advantage of the impact resistance of the material having an extremely high elastic modulus 16 is a composite layer having an antireflection property and a high impact resistance. 15
And protect the base layer 12 from high velocity water drop impact.

【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。
Referring now to FIG. 4, the optical element is shown here as including a base layer 12 and a coating layer 11. Here, the coating layer 11 is a broadband antireflection impact-resistant coating layer 17 including a plurality of the antireflection impact-resistant composite coating layers 15 described above with reference to FIG. According to this form, a very thick antireflection coating 11 having excellent adhesion to the base layer 12 and a high impact resistance can be obtained. Furthermore, a plurality of composite layers 15 and individual coating layers 14 and 1
It is also possible to obtain a broadband antireflection coating by appropriately selecting the thickness of 6 according to the optical design principle of the multilayer coating.

【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。
Referring now to FIGS. 5A-5D, "Mechanisms of Droplet Impact Erosion in Transparent Materials" by Field et al.
A series of graphs taken from the paper entitled (AFWAL-TR-82-4022) show radial stress drop as a function of normalized distance from the drop impact center. Each graph plots a typical radial stress on a coated surface having a higher elastic modulus than that of the material of the optical element compared to the radial stress on an uncoated surface. As shown in FIG. 5D, if the elastic modulus of the material of the coating is 10 times that of the material of the base layer, the tensile stress induced in the base layer upon a water drop impact is substantially equal to zero.

【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。
Referring now to FIGS. 6 and 7, rate of change 25.4 mm / hour (1 inch / hour), velocity 724 km / hour (450 miles / hour), incident angle 90 °, respectively. And micrographs of the uncoated surface (FIG. 8) and the coated surface (FIG. 9) after exposure to an accelerated rainfall field with a droplet diameter of 2 mm are shown. As can be seen, the amount of damage exhibited by the uncoated zinc sulfide surface is substantially higher than that exhibited by the yttrium oxide coated zinc sulfide surface.

【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。
Referring to FIG. 8, the thickness is 5.1 mm (0.
Percent transmission versus wavelength plots are shown for zinc sulfide coated plates of the type 2 inch RAYTRAN (trademark of Raytheon Company, Lexington, Mass.). The coating was quarter wave thick yttrium oxide at 10.0 microns. The coating was about 2.45 microns thick. The coating was chosen to maximize surface transmission at 10 microns and was applied to both major sides of the plate.

【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MN2
4(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1
12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 compaction, densificati
on)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387〜1055kg/cm2(5,500〜1
5,000psi)の破壊強さをもつ、一般にかなり軟
弱な材料である。
Referring now to FIGS. 9-12, a portion of the optical element (in this case dome 110) is shown as including a layer 112 of a material having predetermined optical properties. Although the optical element is shown here as a dome, it is understood that other types of optical elements, such as windows, plates, lenses, etc., may be substituted for this dome 110. Generally, the base layer 112 will have a similar thickness as the base layer 12. The optical element may further have selected optical properties. For example, the optical element may be composed of a material that is generally transparent to light energy in the infrared, visible or ultraviolet spectrum. The material of the optical element may be a dielectric or a semiconductor. Particularly for optical elements used in infrared imaging systems, examples of preferred materials include silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride mercury, cadmium telluride, zinc sulfide, zinc selenide, or the general formula MN 2 S
4 (wherein M is a monovalent ion, N is an ion selected from the lanthanide series, and S is a sulfide ion S 2−
It is one of the three ternary sulfides. Layer 1
The selected materials making up 12 are any of the known methods,
For example, powder compaction, densificati
on) or chemical vapor deposition. In general, the material chosen for layer 112 is characterized by having a relatively high transmission for certain energies, eg, 50% or more of the infrared energy, generally over at least a portion of the infrared band, generally 3.5-10. .5 ×
It is an extremely brittle and fairly rigid material with an elastic modulus of 10 5 kg / cm 2 (5 to 15 × 10 6 psi), but it is generally 387 to 1055 kg / cm 2 (5,500 to 1).
It is generally a fairly soft material with a breaking strength of 5,000 psi).

【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1
0)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, gr
oove)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。
The dome 110 further includes a plastic deformation compression layer 114 (see FIG. 1) provided on the surface 112a of the optical element 110.
0) is included. Preferably, the compression layer 114 (thickness t c ) is part of the material of layer 112. As shown in more detail in FIG. 10, the compression layer 114 includes a number of furrows, gr
oove) 113, adjacent ones of these grooves 113 are separated by a compressed region 113a of the material of layer 112,
A compression layer 113b is arranged below these grooves. The degree of compression of layer 114 is a function of the amount of compressive force applied during processing of dome 110, as described below.

【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。
Referring now to FIGS. 11 and 12, the mechanism by which the compression layer 114 reinforces the dome and protects it from damage encountered during high speed water impact or mechanical loading is described.

【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。
As shown in FIG. 11, the surface 112a polished by a conventional method is applied to the surface 112a at a final speed V 0.
On the other hand, in the direction of the normal, there is a water drop 115 that is colliding with the surface 112a of the layer 112. Surface 112a of layer 112 has pre-existing microdefects 116 during processing of the polished surface as well as with the morphology of base layer 112. A tensile component (represented by arrow 118) of the surface stress wave generated when the water droplet 115 collides with the surface 112a according to the conventional method is given.
In response to this pulling force 118 in the area of the microdefects 116, the microdefects grow as cracks 116 '. If the tensile force is high enough, the crack 116 ′ may propagate through the base layer 112 of the optical element 10. If the number of these cracks is sufficient, the optical transparency of this device can be significantly reduced due to internal reflection and refraction in the area of the cracks. More importantly, an optical element containing sufficient cracks is prone to breakage or fracture, resulting in catastrophic damage to the rest of the optical system (not shown).

【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。
As shown in FIGS. 12 and 13, since the compression layer 114 is applied on the dome 110 in accordance with the present invention, the existing microdefects 116 in the base layer 112 are caused by the compression of the material in the region 114. Heal. When the compression layer 114 is processed, an opposing compression force 114 is applied, which reduces the size of the fine defects, and thus the smaller fine defects 1
It becomes 17. Further, the material surrounding the fine defects 117 is
It is still under compression, as indicated by the arrow 120 pushing the material in region 113b. As described above, the tensile stress component 118 is applied to the fine defect portion upon impact with water droplets. Since the microdefects are smaller, the rate at which a water drop impacts the surface layer without causing damage is increased. This is because the speed threshold increases as the size of the fine defects decreases. Further, the material is still in a compressed state after the groove 113 is formed, and the reduced tensile stress component 118 ′ generated at the fine defect 117 site is the tensile stress component 118 ′.
Will not grow until it penetrates through the compression layer 114 and into the base layer 112 unless the compression force exceeds a compression force that represents the degree of compression of the layer 114. Thus, the compression layer 114 provides two mechanisms that enhance the velocity threshold at which impact damage occurs. That is, it generally reduces the degree of micro-defects present in the material, thereby reducing the resulting tensile component for a constant drop impact velocity; and slowing or reducing the growth of tensile forces created in the compression layer 114. It gives a compressive force.

【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。
The preferred method for applying the compression layer 114 is to machine the surface portion of the optical element with single point diamond. Generally the surface can be processed in two steps. The first step, "roughing", has the machining parameters selected to remove a substantial amount of material 119 as shown in FIG. This would be a material of the order of 25-127 microns (1-5 mils) or more. The second cutting step, "finishing", may be one or several passes or cutting steps, with a small amount of material, generally about 2.5 to 12.7 microns (0.1 to 0. 5 mils) is removed resulting in a substantially flat but grooved surface.

【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。
The general surface characteristics of the adjustment compression layer 114 shown in FIG. 10 are as follows.

【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。
The groove 113 generally has a width Wf (typically 0.01
˜0.02 mm). The side wall portion 113a generally has a height hf of 10 to 10,000Å.

【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。
The general processing parameters used to machine the compression layer 114 into a 1 inch zinc sulfide disk are as follows:

【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/c
2(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1090kg/cm2(1
5,500psi)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。
Single Point Machining Parameters Useful for Creating Compressed Surface LayersRoughing:  Depth of cutting = 0.076 mm (0.003 inch) Rotational speed = 750 rpm Supply speed = 12.7 mm / min (0.5 inch / min) Tool radius = 3.175 mm (0.125 inch)Finish shaving  Cutting depth = 0.0051 mm (0.0002 inch) Rotational speed = 550 rpm Feed rate = 6.35 mm / min (0.250 inch / min) Tool radius = 3.175 mm (0.125 inch) 60 by this method One zinc sulfide disc sample was machined
It was Mechanical parameters measured on these discs
Knoop micro hardness (kg / mm2) And breaking strength
there were. Fracture strength is generally at least 1371 kg / c
m2(19,500 psi), which is
Breaking strength of polished sample 1090 kg / cm2(1
Greater than 5,500 psi). Therefore this method is
Increases breaking strength by about 25%.

【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。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the surface polished by a conventional method is substantially smooth and uniform and has no characteristic. In contrast, the surface prepared according to the present invention comprises substantially regularly spaced ridges or grooves.

【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。
15 and 16 show typical Knoop hardness number versus typical microhardness plots for conventional zinc sulfide disks and zinc sulfide disks containing compression layer 114. The Knoop hardness number for a disc containing the compression layer 114 is generally 50-100 higher than the Knoop hardness for a conventionally ground disc for loads of 30 g or less. Further, as shown in FIG.
The hardness difference, expressed as the depth of penetration into it, indicates that the hardness increases significantly for penetration depths of 2 microns and below. By extrapolating this data, it is estimated that the hardness effect is limited to within 3 microns of the surface area of the machined sample.

【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。
17A and 17B, ie 724
25.4m at km / h (450 miles / h)
Rainfall area (2 m) accelerated to m / hour (1 inch / hour)
of the conventional method and the diamond point processed zinc sulfide plate after being exposed to a droplet diameter of m) for 5 minutes, the samples polished by the conventional method were significantly more damaged mainly by surface destruction. Indicates that. In contrast, the plate containing the compression layer applied by single-point diamond machining a zinc sulfide sample suffered substantially less damage (FIG. 17B).

【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1
8B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1
8B)。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。
A comparison of FIGS. 18A and 18B shows that layer 114 is a compressed layer of optical material. Two zinc sulfide lens blanks obtained from the same lot of zinc sulfide material were polished. One lens had its surface polished optically flat by conventional polishing methods, and the other lens had its surface machined flat according to the present invention. After processing, each sample was mounted on the lapping pad with the surface facing down, and the entire lapped surface had a thickness of about 5.1 mm (0.2 mm).
From 0.01 inch to 0.25 mm (0.01 inch) and to quarter-wave flatness in the visible spectrum. When these samples were removed from the lapping pad, some distortion occurred in each sample. This distortion is shown in the interference topography of Figures 18A and 18B. As shown in FIG. 18A, the distortion of the sample polished by a conventional method was small, which shows that an irregular final surface was obtained. However, as shown in FIG. 18B, the sample including the compression layer 114 according to the present invention could not be measured by the interferometer because the distortion was remarkable. Furthermore, when the test piece of FIG. 3 was removed from the lapping pad, the sample was distorted and became a significantly concave surface. This distortion is related to the inherent stresses contained in the layers of the lapped sample. Therefore, it is clear that the blank polished by the conventional method had substantially no compressive stress (FIG. 18A);
The sample shown in 8B comprised a highly compressed layer 114. The radius of the concave surface was measured optically and the amount of compressive stress present on the machined surface was estimated using this radius (Fig. 1
8B). The relationship between the radius of curvature (R) of the surface and the compressive stress (S) is as follows.

【0065】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はポッション比(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。
S = Ed 2 / (6 (1-V) tR) In the formula, E is Young's modulus and is 7.6 × 10 5 kg / cm 2.
(10.8 × 10 6 psi); d is the sample thickness, estimated to be 0.229 mm (0.009 inches); R is the radius of curvature, 129.2 × 10 -2 m T is the thickness of the compression layer, estimated at 1 × 10 -6 m; V is the position's ratio,
It is estimated to be 0.28. By solving for S, S =
7100 kg / cm 2 (1 × 10 5 psi) is obtained.
The reinforcing and hardening action demonstrated in the above data is therefore clearly the result of the formation of a surface compression layer on the zinc sulphide blank during the operation. Therefore, by appropriately selecting the machining parameters such as tool speed, tool type, cutting depth, feed rate, tool angle, etc., the scale of the compression layer applied to the zinc sulfide surface can be selected. Therefore, it is also possible to control the degree of reinforcement / hardening of the zinc sulphide.

【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。
Referring now to FIG. 19, a portion of the optical element (here, plate 130) is shown as including a layer 12 of material having the aforementioned predetermined optical properties. Disposed on layer 12 is a layer of compressive material 114 as described in connection with FIGS. 9-18. Overlying the compression layer 114 is a coating layer 11 consisting of one of the single layer or multilayer coatings described above in connection with FIGS. According to this aspect, it is believed that the enhanced stiffening and rainfall erosion resistance of both methods will help provide an optical element with substantially improved rainfall erosion resistance and fracture strength. To be

【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。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it will be apparent to those skilled in the art that other embodiments incorporating the concept can be adopted. Therefore, it is believed that the present invention should not be limited to the presented forms, but only by the spirit and scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
1 is an isometric projection of an optical element (here a plate) consisting of a base layer and a protective layer according to the invention.

【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。
2 is an exploded cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 showing a protective layer comprising a single layer coating according to one aspect of the present invention.

【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。
3 is an exploded cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1 showing a layer of a pair of coating layers according to another aspect of the invention.

【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。
FIG. 4 is an exploded assembly elevation view taken along line 4-4 of FIG. 1 showing layers of alternating pairs of high and bottom refractive index coating layers in accordance with yet another aspect of the present invention. Show.

【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)。
5A-5D are a series of graphs showing radial stress drop as a function of normalized distance from the center of drop impact for coatings with different moduli (prior art).

【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。
FIG. 6 shows the metallographic structure of an uncoated ZnS surface exposed to an accelerated rainfall field with a rate of change of 25.4 mm / hour (1 inch / hour), a speed of 724 km / hour (450 mph), an impact angle of 90 ° and a raindrop size of 2 mm. It is a microscope picture shown.

【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。
7 is a photomicrograph showing the metallographic structure of a coated surface according to the present invention exposed to the same accelerated rainfall field as shown in FIG.

【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。
FIG. 8 is a plot of transmission percentage vs. wavelength for a 5.08 mm (0.20 inch) thick coated ZnS plate.

【図9】 ドームの一部の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a part of the dome.

【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。
10 is an enlarged cross-sectional view of the surface portion of the dome shown in FIG.

【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。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of raindrops falling on the surface of a general optical element having a microstructure defect.

【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。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of water droplets falling on a compression layer according to another aspect of the present invention.

【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。
FIG. 13 is an enlarged view of water droplets that impact the compression layer shown in FIG.

【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。
14A and 14B are photomicrographs showing the metal structures of the dome surface polished by a conventional method and the dome surface prepared by the method of the present invention (single point-diamond processing), respectively.

【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)。
FIG. 15 shows the Knoop hardness number plotted as a function of load for ZnS and polished ZnS disk surfaces polished by conventional methods (ZnS microhardness).

【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。
FIG. 16 is a plot of typical hardness difference (Knoop) as a function of penetration depth into the compressed surface of a conditioned ZnS disk.

【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Zn
S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。
17A and 17B are respectively a ZnS lens polished by a conventional method and a Zn prepared by the present invention.
It is a microscope picture which shows the metallographic structure of the surface of S lens after each being exposed to the accelerated rainfall field.

【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Z
nSレンズ(高度の凹形)の顕微鏡写真(金属組織)で
ある。
18A and 18B are respectively Lapping ZnS lenses polished by conventional methods (irregular), and Lapping Z showing the distortion caused by the compression layer prepared according to the present invention (diamond platinum processing).
It is a micrograph (metallic structure) of an nS lens (highly concave).

【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。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion of an optical element such as a plate or dome with an optical material compression layer and a coating layer according to another aspect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 10, 110: Optical element 11, 111: Antireflection coating layer 12, 112: Base layer 14: First coating layer 16: Second coating layer 113: Groove 114: Compressed layer 115: Water droplet 116, 117: Fine defect 118, 118 ′: Tensile stress component 120: Compressive force

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・バリティモス アメリカ合衆国マサチューセッツ州ノアウ ッド,イースト・クロス・ストリート 28 (72)発明者 バーナード・ディ・ベナデットー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウェイ ランド,コンコルド・ロード 292 (56)参考文献 特公 平5−78001(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Thomas Valitimos East Cross Street, Noord, Mass., USA 28 (72) Inventor Bernard Di Benadetto Concorde Road, Wayland, Mass. 292 (56) ) References Japanese Patent Publication No. 5-78001 (JP, B2)

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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:MN24(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。
1. Zinc sulfide, zinc selenide, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride mercury, cadmium telluride, and a general chemical formula: MN 2 S 4 (wherein M
Is a cation selected from Group 1A elements, N is a cation selected from lanthanide series rare earth elements, and S is a sulfide anion S 2- ), and is 10 microns selected from the group consisting of ternary sulfides. A base layer composed of a first material having a refractive index of about 2.2 to 3.3 at a wavelength of, a predetermined light transmittance in the wavelength range of 8 to 12 microns, and a predetermined elastic modulus; At least twice the elastic modulus of the material of the layer, a refractive index of less than 2.0 at a wavelength of 10 microns, and ((2N +
1) The physical thickness given by λ / 4) / n c , where λ is the wavelength in the range 8 microns to 12 microns, N is an integer, and n c is the second material at wavelength λ. An optical element comprising a second different material disposed on the base layer and transparent to the optical wavelength range having a refractive index of .about.
【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。
2. The optical element according to claim 1, wherein the second material is selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide or magnesium oxide, or a homogeneous mixture of yttrium oxide, scandium oxide and magnesium oxide.
【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。
3. The optical element according to claim 2, wherein the layer of the second material is yttrium oxide.
【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。
4. A material selected from the group consisting of zinc sulfide and zinc selenide, having a predetermined transmittance for optical energy having a wavelength in the range of about 2 to 12 microns, and having a thickness of about 0. A base layer having a predetermined thickness in the range of 0.5 to 0.5 inches; and a material selected from the group consisting of scandium oxide, yttrium oxide and magnesium oxide at about 1 / wavelength selected within the above wavelength range.
An optical element having an anti-reflection, impact-resistant optical coating consisting of a coating having an optical thickness equal to 4.
【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。
5. The device of claim 4 wherein said wavelength is in the range 8-12 microns.
【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。
6. A device according to claim 5, wherein the coating having a thickness of ¼ of the wavelength is yttrium oxide.
【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:MN24(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 (ii)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。
7. Zinc sulfide, zinc selenide, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium mercury telluride, cadmium telluride, and a general chemical formula: MN 2 S 4 (wherein
M is a cation selected from Group 1A elements, N is a cation selected from lanthanide series rare earth elements, and S
Is a sulfide anion S 2− ) having a refractive index of about 2.2 to 4 at a wavelength of 10 microns, a predetermined light transmittance at a wavelength in a predetermined range, and A base layer composed of a material having a predetermined first elastic modulus; and (i) a refractive index which is at least twice the elastic modulus of the material of the base layer and is lower than the refractive index of the material of the base layer. A first layer composed of a first high modulus material having: and (ii) a second layer having a modulus of elasticity of at least twice the modulus of elasticity of the base layer material and a refractive index of 2.0 or more. An optical element comprising: a second layer composed of a high modulus material of; a composite coating layer disposed on at least a portion of the base layer;
【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。
8. The first high modulus material is selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide and magnesium oxide, or a mixture of yttrium oxide, scandium oxide and magnesium oxide;
The optical element according to claim 7, wherein the second highly elastic material is selected from the group consisting of hard carbon, cerium oxide, titanium oxide and zirconium oxide.
【請求項9】 層が、t=((2N+1)λ/4)/n
c1(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。
9. The layer is t = ((2N + 1) λ / 4) / n
c1 (where N is an integer 0, 1, 2, 3 ...
Is the particular wavelength of interest and n c1 is the physical thickness t given by n c1 is the refractive index of the material of the first layer) and the physical thickness of the second layer is t = ((2N + 1) λ /
9. The optical element of claim 8 given by 4) / n c2, where n c2 is the refractive index of the material of the second layer.
【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:MN24(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。
10. Zinc sulfide, zinc selenide, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride mercury, cadmium telluride, and the general chemical formula: MN 2 S 4 (wherein M
Is a cation selected from Group 1A elements, N is a cation selected from lanthanide series rare earth elements, and S is a sulfide anion S 2- ), and is selected from the group consisting of ternary sulfides. Elastic modulus and about 8-12
A method of protecting an area of an optical element composed of a first material having a predetermined light transmission in the micron wavelength range from impact damage encountered in a high velocity droplet environment, the method comprising: Has a modulus of elasticity at least twice that of the first material, and has a predetermined light transmittance in the wavelength region,
And the step of applying a second material that is resistant to delamination from the first material in response to shear stress caused by radial outflow upon droplet impact.
【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。
11. A material constituting an optical element contains a material selected from the group consisting of zinc sulfide, zinc selenide, gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium mercury telluride, and cadmium telluride. The material of claim 1 is selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide, or a homogeneous mixture of yttrium oxide, scandium oxide and magnesium oxide.
The method described in 0.
【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。
12. A third material having a modulus of elasticity at least twice that of the first material and having a refractive index greater than that of the second material on the layer of the second material. The method of claim 10, further comprising the step of providing.
【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。
13. The method of claim 12 wherein the third material is selected from the group consisting of hard carbon, cerium oxide, titanium oxide and zirconium oxide.
【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:MN24(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。
14. Zinc sulfide, zinc selenide, comprising the step of providing between the base layer and the hard carbon layer a first layer made of a material selected from the group consisting of yttrium oxide, scandium oxide and magnesium oxide. Gallium arsenide, gallium phosphide, cadmium telluride mercury, cadmium telluride, and the general chemical formula: MN 2 S 4 (where M is 1 A
A cation selected from a group of elements, N is a cation selected from lanthanide series rare earth elements, and S is a sulfide anion S 2- ) and is composed of a material selected from the group consisting of ternary sulfides. A method of bonding a hard carbon layer to a base layer.
【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。
15. The first layer is yttrium oxide,
The material of the base layer is selected from the group consisting of zinc selenide and zinc sulfide, and the base layer, the first layer of yttrium, and the hard carbon layer have a high rate of effect at least in the wavelength range of 8 to 12 microns. The method of claim 14, wherein the optical element is provided.
【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。
16. The first layer is t = ((2N + 1) λ /
4) / n c (where λ is the specific wavelength of interest, n c is the refractive index of the material of the first layer at wavelength λ, and N is an integer 0, 1, 2, 3, ... 16. The method of claim 15, having a physical thickness given by:
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