JP3197272B2 - 光学素子 - Google Patents
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- refractory oxide
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0623—Sulfides, selenides or tellurides
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は，一般には光学素子に関する。さらに詳細に
は，本発明は,IR光学素子を保護して強化する被覆物に
関する。
は，本発明は,IR光学素子を保護して強化する被覆物に
関する。
当業界にて知られているように，光学的画像システム
は，画像システムの残部を敵対する環境から保護する光
学素子を含んでいる。例えば，赤外線（IR）空中画像シ
ステムの場合,IR空中画像システムの残部を湿潤環境，
腐食性環境，摩耗性環境，及び高温環境にさらされない
よう隔離するために，例えばウインドーやドーム等のIR
透過性の光学素子が該空中システムに据え付けられてい
る。これらの環境に長時間暴露されると，一般には光学
素子の材料の光学的・物理的特性が低下する。低速ミサ
イルを含む多くの用途に対し，通常は低速水滴衝撃が最
も厳しい環境暴露である。しかしながら，より新しい極
超音速ミサイルに対しては，光学素子のサーマルヒーテ
ィング（thermal heating）が最も厳しい環境暴露であ
る。極超音速（例えばマッハ１＋〜マッハ４又はそれ以
上）で飛行するミサイルの場合，光学素子の温度が急激
に上昇し，耐熱衝撃性の低い材料で構成されている光学
素子は，熱によって引き起こされる損傷を特に受けやす
い。
は，画像システムの残部を敵対する環境から保護する光
学素子を含んでいる。例えば，赤外線（IR）空中画像シ
ステムの場合,IR空中画像システムの残部を湿潤環境，
腐食性環境，摩耗性環境，及び高温環境にさらされない
よう隔離するために，例えばウインドーやドーム等のIR
透過性の光学素子が該空中システムに据え付けられてい
る。これらの環境に長時間暴露されると，一般には光学
素子の材料の光学的・物理的特性が低下する。低速ミサ
イルを含む多くの用途に対し，通常は低速水滴衝撃が最
も厳しい環境暴露である。しかしながら，より新しい極
超音速ミサイルに対しては，光学素子のサーマルヒーテ
ィング（thermal heating）が最も厳しい環境暴露であ
る。極超音速（例えばマッハ１＋〜マッハ４又はそれ以
上）で飛行するミサイルの場合，光学素子の温度が急激
に上昇し，耐熱衝撃性の低い材料で構成されている光学
素子は，熱によって引き起こされる損傷を特に受けやす
い。
このような素子の他の用途としては，燃焼過程をモニ
ターするための，炉に取りつけられたのぞき窓（observ
ation window）がある。この場合も，こうした素子は,I
Rシステムを高温環境から保護する。
ターするための，炉に取りつけられたのぞき窓（observ
ation window）がある。この場合も，こうした素子は,I
Rシステムを高温環境から保護する。
一般には，赤外線画像システムに対して最良の機械的
耐久性と光学的性能を与える材料（特に８μｍ〜12μｍ
の赤外線帯域において）は，比較的少数の材料に限られ
る。適切な材料としては，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，ゲ
ルマニウム，ガリウム砒素，リン化ガリウム，テルル化
水銀カドミウム，及びテルル化カドミウム等がある。硫
化カルシウムランタンのような三元硫化物も，特に８〜
12μｍの赤外線帯域におけるIR画像システム用として現
在開発されつつある。これらの三元硫化物は，耐久性に
ついてはある程度の改良をもたらすものの，上記したよ
うな環境暴露による影響を受け易い。一般には，前記の
材料はいずれも比較的脆く，耐熱衝撃性が低く，且つ耐
損傷性が比較的低い（特に高速水滴衝撃時に損傷を受け
やすい） これらの材料はさらに，極超音速ミサイルの飛行時に
起こると思われる酸素含有の高温環境にさらされたとき
や，炉ののぞき窓として使用されたときに，比較的酸化
物を形成しやすい。一般にはこれらの酸化物が形成され
ると，光学素子のIR透過率が大幅に低下し,IR散乱が増
大し，そして光学特性が悪化する。特に，前記材料の多
くは,8〜12ミクロンの範囲において強い吸収帯域をもつ
酸化物を形成する。
耐久性と光学的性能を与える材料（特に８μｍ〜12μｍ
の赤外線帯域において）は，比較的少数の材料に限られ
る。適切な材料としては，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，ゲ
ルマニウム，ガリウム砒素，リン化ガリウム，テルル化
水銀カドミウム，及びテルル化カドミウム等がある。硫
化カルシウムランタンのような三元硫化物も，特に８〜
12μｍの赤外線帯域におけるIR画像システム用として現
在開発されつつある。これらの三元硫化物は，耐久性に
ついてはある程度の改良をもたらすものの，上記したよ
うな環境暴露による影響を受け易い。一般には，前記の
材料はいずれも比較的脆く，耐熱衝撃性が低く，且つ耐
損傷性が比較的低い（特に高速水滴衝撃時に損傷を受け
やすい） これらの材料はさらに，極超音速ミサイルの飛行時に
起こると思われる酸素含有の高温環境にさらされたとき
や，炉ののぞき窓として使用されたときに，比較的酸化
物を形成しやすい。一般にはこれらの酸化物が形成され
ると，光学素子のIR透過率が大幅に低下し,IR散乱が増
大し，そして光学特性が悪化する。特に，前記材料の多
くは,8〜12ミクロンの範囲において強い吸収帯域をもつ
酸化物を形成する。
光学素子の表面に光学的エネルギーが入射してくる
と，光学素子を構成している材料の屈折率が，エネルギ
ーが発生してくる媒体の屈折率と大きく異なる場合に
は，こうした表面においてエネルギーの反射が起こる。
一般に，空中システムに対しては，発生媒体（originat
ing medium）は約1.0の屈折率を有する空気である。従
って，光学業界においては，光学素子の入射表面に対し
て適切な屈折率をもつ材料の被覆物を設けて，こうした
反射の損失を少なくするのが通常のやり方である。付着
形成させた厚さ（これらは一般には光学的波長のフラク
ションに関係する）において，これらの被覆物は該IR帯
域に対して透過性である。しかしながら，従来，こうし
た光学的被覆物は，屈折率の不適切な組み合わせによっ
て引き起こされる反射損失を減らす機能だけを果たして
きた。このような光学的被覆物は，光学素子の耐熱衝撃
性を高めることはなく，また光学素子の材料の酸化とい
う前述のような問題点を解消もしくは緩和することもな
い。
と，光学素子を構成している材料の屈折率が，エネルギ
ーが発生してくる媒体の屈折率と大きく異なる場合に
は，こうした表面においてエネルギーの反射が起こる。
一般に，空中システムに対しては，発生媒体（originat
ing medium）は約1.0の屈折率を有する空気である。従
って，光学業界においては，光学素子の入射表面に対し
て適切な屈折率をもつ材料の被覆物を設けて，こうした
反射の損失を少なくするのが通常のやり方である。付着
形成させた厚さ（これらは一般には光学的波長のフラク
ションに関係する）において，これらの被覆物は該IR帯
域に対して透過性である。しかしながら，従来，こうし
た光学的被覆物は，屈折率の不適切な組み合わせによっ
て引き起こされる反射損失を減らす機能だけを果たして
きた。このような光学的被覆物は，光学素子の耐熱衝撃
性を高めることはなく，また光学素子の材料の酸化とい
う前述のような問題点を解消もしくは緩和することもな
い。
従って，前述のような用途に対しては，光学素子を保
護するための適切な被覆物は，光学素子材料の耐熱衝撃
性を高めつつ，熱によって引き起こされる酸化を少なく
するようなものでなければならない。このような被覆物
はさらに，適切な反射防止補正（anti−reflection cor
rection）を行い，且つ高いIR透過性を保持しなければ
ならない。
護するための適切な被覆物は，光学素子材料の耐熱衝撃
性を高めつつ，熱によって引き起こされる酸化を少なく
するようなものでなければならない。このような被覆物
はさらに，適切な反射防止補正（anti−reflection cor
rection）を行い，且つ高いIR透過性を保持しなければ
ならない。
さらに，急速な熱サイクルが生じるような用途におい
ては，該被覆物は，ベース材料の熱膨張係数と実質的に
同じ熱膨張係数を有していなければならない。このこと
により，高温環境への暴露時において，ベースから被覆
物が剥離しにくくなる。
ては，該被覆物は，ベース材料の熱膨張係数と実質的に
同じ熱膨張係数を有していなければならない。このこと
により，高温環境への暴露時において，ベースから被覆
物が剥離しにくくなる。
本発明によれば，光学素子は， （ａ） ガリウム砒素，リン化ガリウム，テルル化カド
ミウム，テルル化水銀カドミウム，硫化亜鉛，及びセレ
ン化亜鉛からなる群から選ばれる第１の材料のベース
層；及び （ｂ） 選定されたベース層材料と耐火性酸化物とを含
む被覆層； を含んでいる。本被覆層は，ベース層に隣接配置された
厚さと共に組成の変わる第１の部分を有する。この第１
の部分は，最初はベース層材料だけの組成を有する。こ
の第１部分の組成は，前記第１部分の厚さが増すにつれ
て耐火性酸化物の割合が徐々に増大する。これと同時
に，第１部分は，被覆物の第１部分の厚さが増すにつれ
てベース材料の割合がそれに対応して減少するという組
成を有する。本被覆層はさらに，前記第１部分を覆うた
形で配置された第２の部分を有し，このとき前記第２部
分は耐火性酸化物である。このような集成体の場合，被
覆層における厚さと共に組成の変わる第１部分は，光学
素子のベース材料によく結合し，また光学素子が突然に
高温環境に暴露されることによって引き起こされる剥離
に対して高度の剥離抵抗性を有する。さらに，耐火性酸
化物の第２層は，厚さと共に組成の変わる第１部分によ
く結合し，高温環境や酸化性環境に暴露されたときに，
ベース材料を酸化が起こらないよう保護する。さらに，
被覆物の弾性率がベース材料より高い場合，被覆物は，
衝撃による損傷（特に，高速水滴衝撃によって引き起こ
される衝撃損傷）からベースを保護する。さらに，剪断
力による剥離に対して高い耐剥離性を有する被覆物材料
は，熱サイクル時だけでなく高速水滴衝撃時において
も，光学素子に対し損傷は与えず，これによって光学素
子は有害な環境暴露から保護される。
ミウム，テルル化水銀カドミウム，硫化亜鉛，及びセレ
ン化亜鉛からなる群から選ばれる第１の材料のベース
層；及び （ｂ） 選定されたベース層材料と耐火性酸化物とを含
む被覆層； を含んでいる。本被覆層は，ベース層に隣接配置された
厚さと共に組成の変わる第１の部分を有する。この第１
の部分は，最初はベース層材料だけの組成を有する。こ
の第１部分の組成は，前記第１部分の厚さが増すにつれ
て耐火性酸化物の割合が徐々に増大する。これと同時
に，第１部分は，被覆物の第１部分の厚さが増すにつれ
てベース材料の割合がそれに対応して減少するという組
成を有する。本被覆層はさらに，前記第１部分を覆うた
形で配置された第２の部分を有し，このとき前記第２部
分は耐火性酸化物である。このような集成体の場合，被
覆層における厚さと共に組成の変わる第１部分は，光学
素子のベース材料によく結合し，また光学素子が突然に
高温環境に暴露されることによって引き起こされる剥離
に対して高度の剥離抵抗性を有する。さらに，耐火性酸
化物の第２層は，厚さと共に組成の変わる第１部分によ
く結合し，高温環境や酸化性環境に暴露されたときに，
ベース材料を酸化が起こらないよう保護する。さらに，
被覆物の弾性率がベース材料より高い場合，被覆物は，
衝撃による損傷（特に，高速水滴衝撃によって引き起こ
される衝撃損傷）からベースを保護する。さらに，剪断
力による剥離に対して高い耐剥離性を有する被覆物材料
は，熱サイクル時だけでなく高速水滴衝撃時において
も，光学素子に対し損傷は与えず，これによって光学素
子は有害な環境暴露から保護される。
本発明の他の態様によれば，被覆層の耐火性酸化物材
料は，酸化イットリウム，酸化スカンジウム，酸化マグ
ネシウム，酸化セリウム，酸化チタン，酸化ジルコニウ
ム，及びこれらの混合物からなる群から選ばれる，こう
した集成体では，光学素子に対し耐衝撃性の反射防止被
覆層が設けられる。このような被覆層が設けられると，
光学素子は，レインエロージョン（rain erosion）や高
速水滴衝撃の環境だけでなく，高温環境や酸化性環境に
さらされることによって引き起こされる損傷をより受け
にくくなる。さらに，被覆層における耐火性酸化物材料
は，光学素子を反射防止補正するために，従って光学素
子を保護する機能を果たしつつ表面の反射損失を少なく
するために，ベース材料の屈折率と関連させた形で耐火
性酸化物の屈折率に基づいて選定される。
料は，酸化イットリウム，酸化スカンジウム，酸化マグ
ネシウム，酸化セリウム，酸化チタン，酸化ジルコニウ
ム，及びこれらの混合物からなる群から選ばれる，こう
した集成体では，光学素子に対し耐衝撃性の反射防止被
覆層が設けられる。このような被覆層が設けられると，
光学素子は，レインエロージョン（rain erosion）や高
速水滴衝撃の環境だけでなく，高温環境や酸化性環境に
さらされることによって引き起こされる損傷をより受け
にくくなる。さらに，被覆層における耐火性酸化物材料
は，光学素子を反射防止補正するために，従って光学素
子を保護する機能を果たしつつ表面の反射損失を少なく
するために，ベース材料の屈折率と関連させた形で耐火
性酸化物の屈折率に基づいて選定される。
本発明のさらに他の態様によれば,8μｍ〜12μｍの波
長帯域の少なくとも一部に対して透過性の光学素子は， （ａ） その材料が硫化亜鉛とセレン化亜鉛からなる群
から選ばれるベース層；及び （ｂ） その材料が，硫化亜鉛とセレン化亜鉛とから選
定された１種，並びに酸化イットリウム，酸化スカンジ
ウム，酸化マグネシウム，及びこれらの混合物からなる
群から選ばれる耐火性酸化物を含む被覆層； を含んでいる。本被覆層は，ベースを覆う形で配置され
た厚さと共に組成の変わる部分，及び選定された耐火性
酸化物のもう一つの部分を有する。このような集成体に
すれば,8〜12μｍの範囲に対する透過性が高く，耐酸化
性と耐熱衝撃性が高く，そして水滴衝撃による損傷を受
けにくい光学素子が得られる。
長帯域の少なくとも一部に対して透過性の光学素子は， （ａ） その材料が硫化亜鉛とセレン化亜鉛からなる群
から選ばれるベース層；及び （ｂ） その材料が，硫化亜鉛とセレン化亜鉛とから選
定された１種，並びに酸化イットリウム，酸化スカンジ
ウム，酸化マグネシウム，及びこれらの混合物からなる
群から選ばれる耐火性酸化物を含む被覆層； を含んでいる。本被覆層は，ベースを覆う形で配置され
た厚さと共に組成の変わる部分，及び選定された耐火性
酸化物のもう一つの部分を有する。このような集成体に
すれば,8〜12μｍの範囲に対する透過性が高く，耐酸化
性と耐熱衝撃性が高く，そして水滴衝撃による損傷を受
けにくい光学素子が得られる。
本発明の上記の特徴及び本発明自体は，以下に記載す
る図面の詳細な説明を読めばより理解が深まるであろ
う。
る図面の詳細な説明を読めばより理解が深まるであろ
う。
第１図を参照すると，ベース層12を含んだ光学素子が
プレート12として示されており，ベース層12は所定の光
学的特性をもった材料を含んでいる。本明細書において
は光学素子は特にプレートとして示されているけれど
も，他のタイプの光学素子（例えば，ウインドー，ドー
ム，及びレンズ等の，プレート以外の形状を有するも
の）を前記プレート10の代わりに使用できることは言う
までもない。ベース層12は通常，少なくとも0.05インチ
の厚さ（一般には，約0.1〜0.5インチ又はそれ以上）を
有する。光学素子はさらに，選択された光学的特性を有
する。例えば，光学素子は，赤外スペクトル，可視スペ
クトル，及び／又は紫外スペクトル中の光学エネルギー
に対して透過性の材料から構成される。本材料は，誘電
体であっても半導体であってもよい。
プレート12として示されており，ベース層12は所定の光
学的特性をもった材料を含んでいる。本明細書において
は光学素子は特にプレートとして示されているけれど
も，他のタイプの光学素子（例えば，ウインドー，ドー
ム，及びレンズ等の，プレート以外の形状を有するも
の）を前記プレート10の代わりに使用できることは言う
までもない。ベース層12は通常，少なくとも0.05インチ
の厚さ（一般には，約0.1〜0.5インチ又はそれ以上）を
有する。光学素子はさらに，選択された光学的特性を有
する。例えば，光学素子は，赤外スペクトル，可視スペ
クトル，及び／又は紫外スペクトル中の光学エネルギー
に対して透過性の材料から構成される。本材料は，誘電
体であっても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システムに使
用される光学素子の場合，好ましい材料の例としては，
ガリウム砒素，リン化ガリウム，テルル化水銀カドミウ
ム，テルル化カドミウム，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，及
び三元硫化物のうちの一つ等がある。選定された材料を
含んだ層12は，粉末の圧縮・緻密化や化学蒸着等の公知
の方法によって作製することができる。特に赤外線シス
テム用としては，層12に対して選定された材料は一般に
は，通常５×106psi〜15×106psiの範囲の比較的低い弾
性率;2.0μｍ〜30μｍの赤外線波長帯域の少なくとも一
部に対して通常50％〜75％という高い赤外線エネルギー
透過率；及び厚さ10ミクロンにて通常2.2〜4.0の範囲の
屈折率；を有することを特徴とする。これらの材料のい
くつかについて，関連した機械的・光学的特性を第１表
に示す。
用される光学素子の場合，好ましい材料の例としては，
ガリウム砒素，リン化ガリウム，テルル化水銀カドミウ
ム，テルル化カドミウム，硫化亜鉛，セレン化亜鉛，及
び三元硫化物のうちの一つ等がある。選定された材料を
含んだ層12は，粉末の圧縮・緻密化や化学蒸着等の公知
の方法によって作製することができる。特に赤外線シス
テム用としては，層12に対して選定された材料は一般に
は，通常５×106psi〜15×106psiの範囲の比較的低い弾
性率;2.0μｍ〜30μｍの赤外線波長帯域の少なくとも一
部に対して通常50％〜75％という高い赤外線エネルギー
透過率；及び厚さ10ミクロンにて通常2.2〜4.0の範囲の
屈折率；を有することを特徴とする。これらの材料のい
くつかについて，関連した機械的・光学的特性を第１表
に示す。
Ｒ％は，対応する材料を覆う形で施されたY2O3の単一
の1/4光学波長AR被覆物（これについては後述する）か
ら生じる単位表面当たりの反射損失である。
の1/4光学波長AR被覆物（これについては後述する）か
ら生じる単位表面当たりの反射損失である。
ベース層12を覆う形で一対の保護被覆層11aと11bが配
置されており，これらの被覆層により，高温環境，酸化
性環境，及び衝撃エロージョン環境から光学素子が比較
的よく保護される。光学素子10は，ベース12の主要な表
面に対して２つの層11aと11bが覆う形で示されている
が，用途によっては,1つの層だけが必要である場合もあ
り，またさらに他の用途によっては，表面全てが保護層
被覆物で被覆されることもある。
置されており，これらの被覆層により，高温環境，酸化
性環境，及び衝撃エロージョン環境から光学素子が比較
的よく保護される。光学素子10は，ベース12の主要な表
面に対して２つの層11aと11bが覆う形で示されている
が，用途によっては,1つの層だけが必要である場合もあ
り，またさらに他の用途によっては，表面全てが保護層
被覆物で被覆されることもある。
第２〜４図を参照すると，光学素子10を作製するため
の工程が層11aに関して記載されているが，層11bの場合
も同様の方法によって作製できることは容易にわかる。
の工程が層11aに関して記載されているが，層11bの場合
も同様の方法によって作製できることは容易にわかる。
第２図においては，ベース12を含んだ材料を覆う形で
第１の予備層（preparatory layer）14が配置されてい
る。予備層14は，好ましくはベース12と同じ材料から構
成されており，約100Å〜500Å又はそれ以上の適切な厚
さに蒸着形成されて，被覆層11（第１図）を蒸着形成さ
せるための適切な表面を与える。ボイドを含まない連続
層を得るためには，層14の厚さは1000Å以上であるのが
好ましい。層14の材料はベース12の材料と同じであるの
で，層14は，ベース層12の材料の屈折率及び年膨張係数
と実質的に等しい屈折率と熱膨張係数を有する。特に，
層14の材料は，ベース12の材料に対して強力な接着性を
有する。層14は，イオンビームスパッタリング，ダイオ
ードスパッタリング，エバポレーション，又は後述する
r.f.マグネトロンスパッタリング等の方法によって蒸着
形成させることができる。さらに，ベース12上の層14を
得るためには，他の方法も使用することができる。
第１の予備層（preparatory layer）14が配置されてい
る。予備層14は，好ましくはベース12と同じ材料から構
成されており，約100Å〜500Å又はそれ以上の適切な厚
さに蒸着形成されて，被覆層11（第１図）を蒸着形成さ
せるための適切な表面を与える。ボイドを含まない連続
層を得るためには，層14の厚さは1000Å以上であるのが
好ましい。層14の材料はベース12の材料と同じであるの
で，層14は，ベース層12の材料の屈折率及び年膨張係数
と実質的に等しい屈折率と熱膨張係数を有する。特に，
層14の材料は，ベース12の材料に対して強力な接着性を
有する。層14は，イオンビームスパッタリング，ダイオ
ードスパッタリング，エバポレーション，又は後述する
r.f.マグネトロンスパッタリング等の方法によって蒸着
形成させることができる。さらに，ベース12上の層14を
得るためには，他の方法も使用することができる。
第３図には，厚さと共に組成の変わる層16,すなわち
予備層14の材料（ベース層12の材料でもある）と耐火性
酸化物との混合物が示されている。層16は，予備層14
（又はベース層12）の材料の割合が，層16の厚さの増大
につれて徐々に減少するという組成分布を有する。言い
換えれば，層16は，層14に隣接した層16の部分において
層14に近いほど層14の材料の含量が多い。層14の材料の
割合は，層16の厚さの増大と共に徐々に減少し，一方，
層16における耐火性酸化物の割合は，層16の組成が層16
の最大厚さにて耐火性酸化物が実質的に100％となるま
で，厚さの増大と共に徐々に増大する。一般には，層16
は比較的薄く，特にベース材料と耐火性酸化物がほぼ同
等の熱膨張係数を有している場合には約500Å〜3000Å
である。
予備層14の材料（ベース層12の材料でもある）と耐火性
酸化物との混合物が示されている。層16は，予備層14
（又はベース層12）の材料の割合が，層16の厚さの増大
につれて徐々に減少するという組成分布を有する。言い
換えれば，層16は，層14に隣接した層16の部分において
層14に近いほど層14の材料の含量が多い。層14の材料の
割合は，層16の厚さの増大と共に徐々に減少し，一方，
層16における耐火性酸化物の割合は，層16の組成が層16
の最大厚さにて耐火性酸化物が実質的に100％となるま
で，厚さの増大と共に徐々に増大する。一般には，層16
は比較的薄く，特にベース材料と耐火性酸化物がほぼ同
等の熱膨張係数を有している場合には約500Å〜3000Å
である。
適切な耐火性酸化物材料としては，酸化イットリウム
（Y2O3），酸化マグネシウム（MgO），酸化スカンジウ
ム（Sc2O3），酸化セリウム（CeO2），酸化チタン（TiO
2），酸化ジルコニウム（ZrO2），及びこれらの材料の
均質混合物がある。これらの材料につき，関連した機械
的・光学特性を第２表に示す。
（Y2O3），酸化マグネシウム（MgO），酸化スカンジウ
ム（Sc2O3），酸化セリウム（CeO2），酸化チタン（TiO
2），酸化ジルコニウム（ZrO2），及びこれらの材料の
均質混合物がある。これらの材料につき，関連した機械
的・光学特性を第２表に示す。
被覆層11に使用する耐火性酸化物を選定する上で考慮
すべき重要な光学的特性は，選定した耐火性酸化物材料
が，光学素子10のベース材料の反射防止補正を行うのに
適した屈折率を有していなければならないという点であ
る。
すべき重要な光学的特性は，選定した耐火性酸化物材料
が，光学素子10のベース材料の反射防止補正を行うのに
適した屈折率を有していなければならないという点であ
る。
反射防止補正を行うためには，厚さと共に組成の変わ
る層16に含まれている耐火性酸化物材料の屈折率が，ベ
ース層12の材料の屈折率より小さいことが好ましい。例
えば，約1.00の屈折率を有する空気とベース層12の材料
との間の反射防止補正を行うには，被覆層11に関して必
要とされる屈折率（n11）は，ベース層12の材料の屈折
率と周囲媒体の屈折率の相乗平均にほぼ等しい（n14≒n
12）。殆どの材料に関して知られているが，屈折率は波
長のばらつきの関数として変化する。従って，この反射
防止補正も波長の関数として変化する。
る層16に含まれている耐火性酸化物材料の屈折率が，ベ
ース層12の材料の屈折率より小さいことが好ましい。例
えば，約1.00の屈折率を有する空気とベース層12の材料
との間の反射防止補正を行うには，被覆層11に関して必
要とされる屈折率（n11）は，ベース層12の材料の屈折
率と周囲媒体の屈折率の相乗平均にほぼ等しい（n14≒n
12）。殆どの材料に関して知られているが，屈折率は波
長のばらつきの関数として変化する。従って，この反射
防止補正も波長の関数として変化する。
第４図には，厚さと共に組成の変わる層16上に蒸着形
成された層18が示されている。層18は，いくつかの耐火
性酸化物のうちから選定されたものである。層18は，層
16と組み合わさった形で，光学素子に関して重要なある
特定の波長において，光学的波長の1/4という有効光学
厚さ（effeciveoptical thickness）に対応した物理的
厚さを有する。
成された層18が示されている。層18は，いくつかの耐火
性酸化物のうちから選定されたものである。層18は，層
16と組み合わさった形で，光学素子に関して重要なある
特定の波長において，光学的波長の1/4という有効光学
厚さ（effeciveoptical thickness）に対応した物理的
厚さを有する。
一般には，このような光学素子の光学厚さ（t0）は，
被覆層11の物理的厚さ（ｔ）と被覆層11の材料の屈折率
（nc）との積として定義される〔t0＝ｔ・nc〕。λ/4の
光学厚さに対する所望の物理的厚さは，一般にはｔ＝
（λ/4）ncで与えられ，このとき，λは該光学素子に関
して重要な波長であり，そしてncは該波長における被覆
層の屈折率である。
被覆層11の物理的厚さ（ｔ）と被覆層11の材料の屈折率
（nc）との積として定義される〔t0＝ｔ・nc〕。λ/4の
光学厚さに対する所望の物理的厚さは，一般にはｔ＝
（λ/4）ncで与えられ，このとき，λは該光学素子に関
して重要な波長であり，そしてncは該波長における被覆
層の屈折率である。
被覆層11の部分16は，比較的低い屈折率の材料（層1
8）と比較的高い屈折率の材料（層12）とを含んだ厚さ
と共に変わる組成を有しているので，有効光学波長は厚
さと共に組成の変わる層16の厚さの約1/2を含む。当技
術者には公知のことであるが，光学厚さ（t0）はより大
きな厚さ（例えば,3λ/4や５λ/4）であってもよく，物
理的厚さは一般にはｔ＝（（2N＋１）λ/4）/ncと定義
され，このときＮは整数0,1,2,3...である。λ/4の層が
連続して存在する場合，これらの層の物理的厚さtpは，
波長λにおいてtp＝（t0・nc）に相当する。従って，層
18の物理的厚さtpが増大することとなり，良好な反射防
止特性と良好な透過性を保持しつつ，ベース12に対して
より充分な保護が得られる。
8）と比較的高い屈折率の材料（層12）とを含んだ厚さ
と共に変わる組成を有しているので，有効光学波長は厚
さと共に組成の変わる層16の厚さの約1/2を含む。当技
術者には公知のことであるが，光学厚さ（t0）はより大
きな厚さ（例えば,3λ/4や５λ/4）であってもよく，物
理的厚さは一般にはｔ＝（（2N＋１）λ/4）/ncと定義
され，このときＮは整数0,1,2,3...である。λ/4の層が
連続して存在する場合，これらの層の物理的厚さtpは，
波長λにおいてtp＝（t0・nc）に相当する。従って，層
18の物理的厚さtpが増大することとなり，良好な反射防
止特性と良好な透過性を保持しつつ，ベース12に対して
より充分な保護が得られる。
第５図を参照すると，予備層14及び被覆層11の層16と
18を得るための装置30が示されている。本装置は減圧容
器32を含んでいる。本減圧容器32は，通常はステンレス
鋼と一対のr.f.マグネトロンスパッタリングガン34と36
を含んで構成されていて，少なくとも10-5トルの減圧を
保持することができるようになっている。ここではr.f.
マグネトロンスパッタリングガンは，カリフォルニア州
キャンベルのU.S.ガン社（U.S.Gun Inc.,）から市販さ
れている３″マグネトロンスパッタリングガン（３″Ma
gnetron Sputtering Guns）である。ガン34と36は同タ
イプであり，それぞれ入口34aと36a〔ここから冷却水と
エネルギー（図示せず）が供給される〕及び出口34cと3
6c〔それぞれr.f.マグネトロンスパッタリングガン34と
36内に据え付たターゲット34bと36bからのスパッタリン
グされた化学種が操作時にここから供給される〕を有す
る。ここではターゲット34bは支持体12のベース材料で
あり，またターゲット36b（マグネトロンスパッタリン
グガン36内に配置されている）は前記した耐火性酸化物
のうちから選定されたものである。装置30はさらに，そ
れぞれマグネトロンスパッタリングガン34と36の出口で
ある34cと36cの前に配置された一対のシャッター37aと3
7bを含んでいる。シッター37aと37bは，材料を支持体12
上に蒸着させているとき以外は，通常は閉止位置となっ
ている。本装置はさらに，支持体上昇回転装置40を含ん
でおり，この装置40は，右回転のねじ山をつけたシャフ
ト48を回転させるのに使用されるモーターと駆動機構か
らなる装置（図示せず）をその中に配置した台42を含ん
でいる。装置40はさらに，台42とキャップ41との間に据
え付けられた３つの支持物44a,44b（１つは図示せず）
を含み，これら３つの支持物は，台42と組み合わさっ
て，装置40に堅牢な構造上の完全性を与えている。装置
40はさらに，ガイド45aと45bが取りつけられたテーブル
又はプラットフォーム46を含んでいる。これらの支持物
はガイド45aと45bを貫いて配置されており，これらのガ
イドは支持物44aと44bに沿ってプラットフォームを導く
のに使用される。テーブル46はさらに，ねじ山のついた
開口（番号付けせず）を有しており，この開口を通し
て，ねじ山のついたシャフト48がかみ合わされている。
従って，例えば，シャフト48が時計方向に回転すると，
プラットフォームは上方位置に移動し，シャフト48が反
時計方向に回転すると，プラットフォームは下方位置に
移動する。このとき，各位置は台42との関係で定まる。
18を得るための装置30が示されている。本装置は減圧容
器32を含んでいる。本減圧容器32は，通常はステンレス
鋼と一対のr.f.マグネトロンスパッタリングガン34と36
を含んで構成されていて，少なくとも10-5トルの減圧を
保持することができるようになっている。ここではr.f.
マグネトロンスパッタリングガンは，カリフォルニア州
キャンベルのU.S.ガン社（U.S.Gun Inc.,）から市販さ
れている３″マグネトロンスパッタリングガン（３″Ma
gnetron Sputtering Guns）である。ガン34と36は同タ
イプであり，それぞれ入口34aと36a〔ここから冷却水と
エネルギー（図示せず）が供給される〕及び出口34cと3
6c〔それぞれr.f.マグネトロンスパッタリングガン34と
36内に据え付たターゲット34bと36bからのスパッタリン
グされた化学種が操作時にここから供給される〕を有す
る。ここではターゲット34bは支持体12のベース材料で
あり，またターゲット36b（マグネトロンスパッタリン
グガン36内に配置されている）は前記した耐火性酸化物
のうちから選定されたものである。装置30はさらに，そ
れぞれマグネトロンスパッタリングガン34と36の出口で
ある34cと36cの前に配置された一対のシャッター37aと3
7bを含んでいる。シッター37aと37bは，材料を支持体12
上に蒸着させているとき以外は，通常は閉止位置となっ
ている。本装置はさらに，支持体上昇回転装置40を含ん
でおり，この装置40は，右回転のねじ山をつけたシャフ
ト48を回転させるのに使用されるモーターと駆動機構か
らなる装置（図示せず）をその中に配置した台42を含ん
でいる。装置40はさらに，台42とキャップ41との間に据
え付けられた３つの支持物44a,44b（１つは図示せず）
を含み，これら３つの支持物は，台42と組み合わさっ
て，装置40に堅牢な構造上の完全性を与えている。装置
40はさらに，ガイド45aと45bが取りつけられたテーブル
又はプラットフォーム46を含んでいる。これらの支持物
はガイド45aと45bを貫いて配置されており，これらのガ
イドは支持物44aと44bに沿ってプラットフォームを導く
のに使用される。テーブル46はさらに，ねじ山のついた
開口（番号付けせず）を有しており，この開口を通し
て，ねじ山のついたシャフト48がかみ合わされている。
従って，例えば，シャフト48が時計方向に回転すると，
プラットフォームは上方位置に移動し，シャフト48が反
時計方向に回転すると，プラットフォームは下方位置に
移動する。このとき，各位置は台42との関係で定まる。
プラットフォーム46には，別のシャフト52を連結した
別のモーター50が配置されており，このシャフト52は，
従来タイプのホットプレートヒーター54とカップリング
56を貫いて配置されている。カップリング56は，支持体
ホルダー58の背部に据え付けられていて，支持体ホルダ
ー58がシャフト52の回転に従って時計方向又は反時計方
向に回転するのを可能にしている。
別のモーター50が配置されており，このシャフト52は，
従来タイプのホットプレートヒーター54とカップリング
56を貫いて配置されている。カップリング56は，支持体
ホルダー58の背部に据え付けられていて，支持体ホルダ
ー58がシャフト52の回転に従って時計方向又は反時計方
向に回転するのを可能にしている。
このように装置40により，支持体12はモーター50の回
転に従って時計方向又は反時計方向に回転することがで
き，またシャフト48の回転に従って縦方向に上下移動す
ることができる。容器32はさらに，容器32から脱気する
のに使用される，そしてアルゴン等の不活性ガス（後述
するようにスパッタリング工程において使用される）で
容器を裏込めするのに使用されるポート31を含んでい
る。
転に従って時計方向又は反時計方向に回転することがで
き，またシャフト48の回転に従って縦方向に上下移動す
ることができる。容器32はさらに，容器32から脱気する
のに使用される，そしてアルゴン等の不活性ガス（後述
するようにスパッタリング工程において使用される）で
容器を裏込めするのに使用されるポート31を含んでい
る。
支持体12が例えば硫化亜鉛であるとして，支持体12上
に層14,16,及び18を設ける場合，層14も硫化亜鉛であ
り，層16は硫化亜鉛と前記耐火性酸化物のうちから選択
されたものとの組み合わせである。ベース12が硫化亜鉛
又はセレン化亜鉛であるときの好ましい耐火性酸化物の
例としては，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がある。ここでは，酸化イットリウ
ムが層16と層18における耐火性酸化物である。従って,
r.f.マグネトロンスパッタリングガン34中のターゲット
34bは硫化亜鉛であり，またr.f.マグネトロンスパッタ
リングガン36中のターゲット36bは酸化イットリウムで
ある。蒸着を行うには先ず，容器32の内部を約１×10-5
トル〜１×10-7トルの減圧になるまで脱気する。次いで
容器32が約１〜200ミリトルの圧力になるまで，空気で
裏込めする。ここではアルゴンを使用してターゲット34
bと36bに衝撃を与えて，それぞれZnSとY2O3を放出させ
る。支持体ヒーター54に通電して，支持体12の温度を水
の沸点より高い所定の温度（すなわち，支持体12から水
を追い出すために100℃より高い温度）に上昇させる。
モーター50が作動すると支持体12が回転し（ここでは時
計方向），一方シャフト48は，ブラットフォーム46が
（従って支持体ホルダー58が）シルエットで図示した初
期位置58′（第１のr.f.マグネトロンスパッタリングガ
ン34の出口34cにほぼ相対した位置）に位置するよう回
転する。r.f.マグネトロンスパッタリングガン34と36に
電圧が加えられ，入口34aと36aからガン34と36に冷却水
（図示せず）が通される。シャッター37aと37bは通常は
閉止位置にあり，このとき硫化亜鉛と酸化イットリウム
はそれぞれシャッター37aと37b上に付着するようになっ
ている。容器32中に含まれているかも知れない不純物を
除くための所定の処理時間の後，支持体12をその初期位
置58に保持しながら，シャッター37aを開いて硫化亜鉛
をr.f.マグネトロンスパッタリングガンから支持体12上
に蒸着させる。これにより，予備層14が得られる。ここ
では，予備層14に対して，通常1500Åの厚さになるまで
蒸着操作が施される。層14に対して所望の厚さを与える
に足る所定時間の後，シャッター37bも開き，これによ
って酸化イットリウムを支持体12に蒸着させるようにす
る。支持体12はまだガン34に相対しているので，ごく少
量のY2O3が層16中に導入されるにすぎない。プラットフ
ォーム46がポジション58で示した中間位置に向かって徐
々に上昇し，この上昇時間中に，酸化イットリウムと硫
化亜鉛が蒸着して，厚さと共に組成の変わる層16が得ら
れる。この時点から，層16中の硫化亜鉛の割合は層16の
厚さの増大と共に減少し，そしてこれと同時に，酸化イ
ットリウムの割合は層16の厚さの増大と共に増大する。
支持体12は，所定時間は中間位置に保持され，次いでプ
ラットフォーム46が再び支持体ホルダー58の最終位置5
8″（シルエットで示した位置）に向かって上昇する。
支持体ホルダー58がその最終位置に達すると，シャッタ
ー37aが閉じ，厚さと共に組成の変わる層16上に酸化イ
ットリウムの最終付着物が得られる。酸化イットリウム
の最終層18は，層18と層16の光学的に有効な部分が，光
学波長の1/4に対応した物理的厚さを有する被覆層11を
与えるよう，最終厚さに蒸着形成される。
に層14,16,及び18を設ける場合，層14も硫化亜鉛であ
り，層16は硫化亜鉛と前記耐火性酸化物のうちから選択
されたものとの組み合わせである。ベース12が硫化亜鉛
又はセレン化亜鉛であるときの好ましい耐火性酸化物の
例としては，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がある。ここでは，酸化イットリウ
ムが層16と層18における耐火性酸化物である。従って,
r.f.マグネトロンスパッタリングガン34中のターゲット
34bは硫化亜鉛であり，またr.f.マグネトロンスパッタ
リングガン36中のターゲット36bは酸化イットリウムで
ある。蒸着を行うには先ず，容器32の内部を約１×10-5
トル〜１×10-7トルの減圧になるまで脱気する。次いで
容器32が約１〜200ミリトルの圧力になるまで，空気で
裏込めする。ここではアルゴンを使用してターゲット34
bと36bに衝撃を与えて，それぞれZnSとY2O3を放出させ
る。支持体ヒーター54に通電して，支持体12の温度を水
の沸点より高い所定の温度（すなわち，支持体12から水
を追い出すために100℃より高い温度）に上昇させる。
モーター50が作動すると支持体12が回転し（ここでは時
計方向），一方シャフト48は，ブラットフォーム46が
（従って支持体ホルダー58が）シルエットで図示した初
期位置58′（第１のr.f.マグネトロンスパッタリングガ
ン34の出口34cにほぼ相対した位置）に位置するよう回
転する。r.f.マグネトロンスパッタリングガン34と36に
電圧が加えられ，入口34aと36aからガン34と36に冷却水
（図示せず）が通される。シャッター37aと37bは通常は
閉止位置にあり，このとき硫化亜鉛と酸化イットリウム
はそれぞれシャッター37aと37b上に付着するようになっ
ている。容器32中に含まれているかも知れない不純物を
除くための所定の処理時間の後，支持体12をその初期位
置58に保持しながら，シャッター37aを開いて硫化亜鉛
をr.f.マグネトロンスパッタリングガンから支持体12上
に蒸着させる。これにより，予備層14が得られる。ここ
では，予備層14に対して，通常1500Åの厚さになるまで
蒸着操作が施される。層14に対して所望の厚さを与える
に足る所定時間の後，シャッター37bも開き，これによ
って酸化イットリウムを支持体12に蒸着させるようにす
る。支持体12はまだガン34に相対しているので，ごく少
量のY2O3が層16中に導入されるにすぎない。プラットフ
ォーム46がポジション58で示した中間位置に向かって徐
々に上昇し，この上昇時間中に，酸化イットリウムと硫
化亜鉛が蒸着して，厚さと共に組成の変わる層16が得ら
れる。この時点から，層16中の硫化亜鉛の割合は層16の
厚さの増大と共に減少し，そしてこれと同時に，酸化イ
ットリウムの割合は層16の厚さの増大と共に増大する。
支持体12は，所定時間は中間位置に保持され，次いでプ
ラットフォーム46が再び支持体ホルダー58の最終位置5
8″（シルエットで示した位置）に向かって上昇する。
支持体ホルダー58がその最終位置に達すると，シャッタ
ー37aが閉じ，厚さと共に組成の変わる層16上に酸化イ
ットリウムの最終付着物が得られる。酸化イットリウム
の最終層18は，層18と層16の光学的に有効な部分が，光
学波長の1/4に対応した物理的厚さを有する被覆層11を
与えるよう，最終厚さに蒸着形成される。
層14,16,及び18を蒸着形成させるための好ましい蒸着
パラメーターとしては，次のようなものが挙げられる。
パラメーターとしては，次のようなものが挙げられる。
ヒーター58の温度範囲 100℃以上 空気の流量 ５〜100SCCM Y2O3の蒸着速度 5.0Å/S ZnS の蒸着速度 5.0Å/S 層16形成に対する時間分布 時間 支持体の位置 蒸着物質 実施例１ ５分 初期位置（58′） ZnS 2.0分 中間位置（58） ZnS,Y2O3 2.0分 最終位置（58″） ZnS,Y2O3 45分 最終位置（58″） Y2O3 実施例２ ５分 初期位置（58′） ZnS ２分 初期位置（58′） ZnS,Y2O3 2.5分 初期〜最終位置（58） ZnS,Y2O3 ２分 最終位置（58″） ZnS,Y2O3 45分 最終位置（58″） Y2O3 第６図には，高温酸化性環境に対する暴露前と暴露後
における未被覆の硫化亜鉛プレートの透過率（％）デー
タが示されている。透過率曲線62は，マサチューセッツ
州レキシントンのレイセオン・カンパニー（Raytheon C
ompany），リサーチ・ディビィジョンから入手した標準
グレード硫化亜鉛の未被覆サンプルの透過率曲率であ
る。曲線64は，高温酸化性環境に暴露（サンプルは,100
0℃の温度に予備加熱された炉の酸化性環境に急激にさ
らされる）された後のサンプルの透過率を示している。
曲線64の場合，暴露時間はほぼ２分であり，サンプルが
達した推定温度は880℃であった。
における未被覆の硫化亜鉛プレートの透過率（％）デー
タが示されている。透過率曲線62は，マサチューセッツ
州レキシントンのレイセオン・カンパニー（Raytheon C
ompany），リサーチ・ディビィジョンから入手した標準
グレード硫化亜鉛の未被覆サンプルの透過率曲率であ
る。曲線64は，高温酸化性環境に暴露（サンプルは,100
0℃の温度に予備加熱された炉の酸化性環境に急激にさ
らされる）された後のサンプルの透過率を示している。
曲線64の場合，暴露時間はほぼ２分であり，サンプルが
達した推定温度は880℃であった。
硫化亜鉛の予備層14をもった同じ硫化亜鉛材料の別の
サンプルを作製し，第１〜４図に関して前述した如く被
覆層11を設けた。本被覆層は，硫化亜鉛と酸化イットリ
ウムを含んだ厚さと共に組成の変わる区域16,及び酸化
イットリウムの最終層区域からなる。本被覆層には，約
λ/4の光学厚さをもたせた。本サンプルは，その両側の
表面に被覆を施した。高温酸化性環境に暴露される前の
サンプルの透過率（％）を第７図の曲線72に，そして10
00℃の炉の酸化性環境に暴露された後のサンプルの透過
率（％）を第７図の曲線74に示す。
サンプルを作製し，第１〜４図に関して前述した如く被
覆層11を設けた。本被覆層は，硫化亜鉛と酸化イットリ
ウムを含んだ厚さと共に組成の変わる区域16,及び酸化
イットリウムの最終層区域からなる。本被覆層には，約
λ/4の光学厚さをもたせた。本サンプルは，その両側の
表面に被覆を施した。高温酸化性環境に暴露される前の
サンプルの透過率（％）を第７図の曲線72に，そして10
00℃の炉の酸化性環境に暴露された後のサンプルの透過
率（％）を第７図の曲線74に示す。
未被覆の硫化亜鉛サンプルは，高温酸化性環境に２分
暴露された後,8〜12ミクロンの帯域に対して透過率が平
均12.8％減少した。本発明に従って両方の表面を被覆し
た硫化亜鉛サンプルは,8〜12ミクロンの帯域に対して透
過率が平均3.2％減少した。第７図の曲線74は，約９ミ
クロン付近にていくつかの吸収帯域を示している。プロ
セスをさらに詳細に検討すれば，あるいはまた別の耐火
性酸化物を使用すれば，これらの吸収帯域を少なくする
か又はなくすことができる，と考えられる。しかしなが
ら，耐熱性や耐酸化性が必要となるような多くの用途に
おいては，このような比較的小さな吸収帯域の存在が，
こうした光学素子の使い方に影響を与えるようなもので
あってはならない。
暴露された後,8〜12ミクロンの帯域に対して透過率が平
均12.8％減少した。本発明に従って両方の表面を被覆し
た硫化亜鉛サンプルは,8〜12ミクロンの帯域に対して透
過率が平均3.2％減少した。第７図の曲線74は，約９ミ
クロン付近にていくつかの吸収帯域を示している。プロ
セスをさらに詳細に検討すれば，あるいはまた別の耐火
性酸化物を使用すれば，これらの吸収帯域を少なくする
か又はなくすことができる，と考えられる。しかしなが
ら，耐熱性や耐酸化性が必要となるような多くの用途に
おいては，このような比較的小さな吸収帯域の存在が，
こうした光学素子の使い方に影響を与えるようなもので
あってはならない。
被覆層11の厚さと共に組成の変わる部分16は，層18と
ベース12との間に緊密な結合を与え，従って急激な熱サ
イクルや水滴衝撃を受けたときに層18の剥離を起こしに
くくする，ということに留意すべきである。光学素子材
料の酸化は，層18の材料として耐火性酸化物を用いるこ
とにより少なくすることができる。
ベース12との間に緊密な結合を与え，従って急激な熱サ
イクルや水滴衝撃を受けたときに層18の剥離を起こしに
くくする，ということに留意すべきである。光学素子材
料の酸化は，層18の材料として耐火性酸化物を用いるこ
とにより少なくすることができる。
本発明の好ましい実施態様について説明してきたが，
これらの概念を組み込んだ他の実施態様も可能であるこ
とは当技術者には明らかであろう。従って，これらの実
施態様は開示された実施態様に限定されるのではなく
て，むしろ特許請求の範囲の精神と範囲によってのみ限
定されるべきものである，と考える。
これらの概念を組み込んだ他の実施態様も可能であるこ
とは当技術者には明らかであろう。従って，これらの実
施態様は開示された実施態様に限定されるのではなく
て，むしろ特許請求の範囲の精神と範囲によってのみ限
定されるべきものである，と考える。
第１図は，本発明に従ってベース層と保護被覆層とを含
んだプレートの形の，光学素子の等角図である。 第２図と第３図は，本発明に従って保護被覆層を作製す
る際の工程を示した分解断面図である 第４図は，第１図のライン４−４に沿って切り取ったと
きの，本発明による被覆層を示した分解断面図である。 第５図は，第１図の光学素子上に被覆層を形成させるの
に使用される好ましい蒸着装置の概略図である。 第６図は，硫化亜鉛の未被覆サンプルに関して透過率
（％）対波長（ミクロン）の関係及び透過率（％）対波
数（cm-1）の関係を示したグラフであり，一方のプロッ
トは未被覆サンプルを高温酸化性環境に暴露する前のも
の，そして他方のプロットは未被覆サンプルを高温酸化
性環境に暴露した後のものである。 第７図は，本発明に従って両者の表面を被覆した硫化亜
鉛サンプルに関して透過率（％）対波長（ミクロン）の
関係及び透過率（％）対数波（cm-1）の関係を示したグ
ラフであり，一方のプロットは被覆サンプルを高温酸化
性環境に暴露する前のもの，そして他方のプロットは被
覆サンプルを高温酸化性環境に暴露した後のものであ
る。 図中， 10……光学素子,11a,11b……保護被覆層,12……ベース
層,14……予備層,16,18……保護被覆層（但し,16はベー
ス層材料と耐火性酸化物とを含んだ厚さと共に組成の変
わる層,18は耐火性酸化物の層） である。
んだプレートの形の，光学素子の等角図である。 第２図と第３図は，本発明に従って保護被覆層を作製す
る際の工程を示した分解断面図である 第４図は，第１図のライン４−４に沿って切り取ったと
きの，本発明による被覆層を示した分解断面図である。 第５図は，第１図の光学素子上に被覆層を形成させるの
に使用される好ましい蒸着装置の概略図である。 第６図は，硫化亜鉛の未被覆サンプルに関して透過率
（％）対波長（ミクロン）の関係及び透過率（％）対波
数（cm-1）の関係を示したグラフであり，一方のプロッ
トは未被覆サンプルを高温酸化性環境に暴露する前のも
の，そして他方のプロットは未被覆サンプルを高温酸化
性環境に暴露した後のものである。 第７図は，本発明に従って両者の表面を被覆した硫化亜
鉛サンプルに関して透過率（％）対波長（ミクロン）の
関係及び透過率（％）対数波（cm-1）の関係を示したグ
ラフであり，一方のプロットは被覆サンプルを高温酸化
性環境に暴露する前のもの，そして他方のプロットは被
覆サンプルを高温酸化性環境に暴露した後のものであ
る。 図中， 10……光学素子,11a,11b……保護被覆層,12……ベース
層,14……予備層,16,18……保護被覆層（但し,16はベー
ス層材料と耐火性酸化物とを含んだ厚さと共に組成の変
わる層,18は耐火性酸化物の層） である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 高橋 美実 審判官 綿貫 章 審判官 柏崎 正男 (56)参考文献 特開 昭62−299901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−71801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−123768（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】（ａ）２ミクロン〜30ミクロンの光学範囲
の少なくとも一部に対して第１の所定の光学的透過率を
有する第１の材料を含んだベース；及び （ｂ）耐火性酸化物を含み、前記ベースを覆う形で配置
された被覆層であって、 （ｉ）前記ベース層の材料と前記耐火性酸化物とを含ん
だ第１の部分；及び （ii）前記第１の部分を覆う形で配置された前記耐火性
酸化物の第２の部分； を含み、前記被覆層の前記第１の部分が厚さと共に変わ
る組成を有していて、前記第１の部分の厚さが増大する
につれて前記ベース材料の割合が減少し、一方、前記第
１の部分の厚さが増大するにつれて前記第１の部分にお
ける前記耐火性酸化物の割合が増大する被覆層； を含む光学素子。 - 【請求項２】前記ベース材料が、硫化亜鉛、セレン化亜
鉛、ガリウム砒素、リン化ガリウム、水銀カドミウム、
カドミウムテルル、及び一般式:MN2S4（式中、Ｍは第1A
族元素から選ばれるカチオンであり、Ｎはランタニド希
土類元素から選ばれるカチオンであり、Ｓはイオウアニ
オンS2-である）を有する三元硫化物からなる群から選
ばれる請求項１に記載の光学素子。 - 【請求項３】前記耐火性酸化物が、酸化イットリウム、
酸化スカンジウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、
酸化チタン、酸化ジルコニウム及びこれらの混合物から
なる群から選ばれる請求項１に記載の光学素子。 - 【請求項４】前記被覆層が波長の1/4に等しい光学厚さ
を有する請求項１に記載の光学素子。 - 【請求項５】（ａ）少なくとも約８ミクロン〜12ミクロ
ンの光学範囲に対して第１の所定の光学的透過率を有す
る硫化亜鉛とセレン化亜鉛とからなる群から選ばれる材
料を含んだベース；及び （ｂ）（ｉ）前記ベース層の材料と、酸化イットリウ
ム、酸化スカンジウム、酸化マグネシウム及びこれらの
混合物からなる群から選ばれる耐火性酸化物とを含んだ
第１の部分、及び （ii）前記第１の部分を覆う形で配置された前記耐火性
酸化物の第２の部分、 を含み、前記ベースを覆う形で配置された被覆層であっ
て、被覆層の前記第１の部分が厚さと共に変わる組成を
有していて、前記第１の部分の厚さが増大するにつれて
前記の選定されたベース材料の割合が減少し、一方、前
記第１の部分の厚さが増大するにつれて前記第１の部分
における前記の選定された耐火性酸化物の割合が増大す
る被覆層； を含む光学素子。 - 【請求項６】前記の選定されたベース材料が硫化亜鉛で
あり、前記の選定された耐火性酸化物が酸化イットリウ
ムである請求項５に記載の光学素子。 - 【請求項７】前記被覆層が波長の1/4に等しい有効光学
厚さを有する請求項６に記載の光学素子。 - 【請求項８】（ａ）約２ミクロン〜30ミクロンの範囲の
少なくとも一部に対して第１の所定の光学的透過率を有
する第１の材料のベースを供給する工程； （ｂ）前記ベース材料と耐火性酸化物とを含んだ、厚さ
と共に組成の変わる層を蒸着形成させる工程；及び （ｃ）前記の厚さと共に組成の変わる層を覆う形で前記
耐火性酸化物の第２の層を供給する工程； の各工程を含む、光学素子を得る方法。 - 【請求項９】前記の蒸着形成工程が、 前記ベースの上にて耐火性酸化物をスパッタリングしな
がら、前記ベースの上にて前記ベース材料をスパッタリ
ングして、前記ベース材料と前記耐火性酸化物とが混ざ
り合った厚さと共に組成の変わる層を形成させる工程； を含む請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】前記第２の層の供給工程が、 前記の厚さと共に組成の変わる層の上にて前記耐火性酸
化物をスパッタリングする工程； を含む請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】各スパッタリング工程、r.f.マグネトロ
ンによるスパッタリング工程である請求項10に記載の方
法。
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-
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