JP2011150286A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴｈＦ_４を使用することなく、高い透過率を有し、表面粗さが良好な光学部品を提供すること。
【解決手段】 基材と赤外反射防止膜とからなる光学部品であって、基材はＺｎＳｅからなり、少なくとも一面に赤外反射防止膜が形成されている。また、赤外反射防止膜は、ＢａＦ_２からなる低屈折率層、ＺｎＳｅ、ＺｎＳもしくはＧｅからなる高屈折率層、およびアモルファスもしくは異方性を有する中間層から形成されている。このような構成とすることにより、ＴｈＦ_４を使用しなくとも、高い透過率を有し、表面粗さが良好な光学部品を得ることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基材の表面に赤外反射防止膜を有する光学部品に関するものである。

近年、赤外光を利用した光学機器の開発が盛んに行われ、特に８〜１４μｍ領域の赤外光の利用が注目されている。これに伴い、この領域の赤外光に有効な光学部品が種々提案されている。このような光学部品のうち、赤外反射防止機能を備えた光学部品として、赤外透過部材であるＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどを基板（基材）とし、この基板上にＰｂＦ_２、ＢａＦ_２、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_３、ＴｈＦ_４などのフッ化物からなる低屈折率層と、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどの高屈折率層とを組合せた赤外反射防膜を有する構造が知られている。

特に、ＣＯ_２レーザなどの高出力レーザに使用される光学部品では、レーザを吸収することによって生じる発熱の影響を無視することができないため、赤外反射防膜の吸収率を低く抑える必要がある。赤外反射防膜の低屈折率層に用いられる材料のうち、そのような特性を満足させる物質としてＴｈＦ_４が知られている。ところが、ＴｈＦ_４は放射性物質のため、人体に有害で取扱い上の制約がある等の問題があった。

このような問題を解消するために、特許文献１では低屈折率層にＢａＦ_２を用い、高屈折率層にＺｎＳｅを用いた光学部品が提案されている。

特開２００２−１４８４０７号公報

特許文献１のような構造とすることで、ＴｈＦ_４のような放射性物質を使用しなくても、吸収率が低い光学部品を製造することができる。ところが、特許文献１のように、低屈折率層にＢａＦ_２、高屈折率層にＺｎＳｅを用いただけの構造では、ＴｈＦ_４を用いた場合に比べて赤外反射防止膜の表面粗さが悪く、光学部品の外観が悪化するという問題があった。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、放射性物質であるＴｈＦ_４を使用せずに、吸収率が低く、外観品質が良好な赤外反射防膜を有する光学部品を提供することを目的とする。

本発明の光学部品は、基材と赤外反射防止膜とからなる光学部品であって、基材はＺｎＳｅからなり、この基板の少なくとも一面に形成されている。そして、赤外反射防止膜は、主としてＢａＦ_２からなる低屈折率層と、ＺｎＳｅ、ＺｎＳもしくはＧｅからなる高屈折率層と、アモルファスもしくは異方性を有する材料からなる中間層から形成されている。そして、光学部品は、表面粗さＲａが３ｎｍ以下という特徴を有している。

また、本発明の光学部品は、波長１０．６μｍにおける吸収率が０．２５％以下であることが好ましく、波長１０．６μｍにおける吸収率が０．１８％以上０．２４％以下であることがさらに好ましい。

また、本発明の光学部品の中間層は、ランタノイドのフッ化物、ＰｂＦ_２、ＹＦ_３からなる群から選ばれる一種類以上のフッ化物からなる層、またはこれらの群から選ばれる一種類以上のフッ化物とＢａＦ_２とを含む固溶体からなる層であることが好ましい。

また、本発明の光学部品は、中間層は、高屈折率層と低屈折率層との間、低屈折率層と基板との間、またはその両方に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、ＴｈＦ_４を使用しなくとも、吸収率が低く、外観品質が良好な赤外反射防膜を有する光学部品を提供することができる。

本発明の光学部品について、実施の一形態の断面図を模式的に示す説明図である。

本発明者は、特許文献１に開示された光学部品の問題点について検討を行った。その結果、多結晶体であるＺｎＳｅ基板の表面に存在する結晶粒の凹凸が、ＢａＦ_２層に転写、あるいは増幅されて転写されていることが分かった。また、ＢａＦ_２層に明確な結晶性が現れていることも判明した。これらの事実から、本発明者は、このＢａＦ_２層に生じた凹凸が光学部品の表面に影響を及ぼし、光学部品の外観品質の低下に繋がっていると考えた。

そこで、本発明者は、上記の問題の対策について種々の検討を行った結果、低屈折率層２の上面または下面に、赤外透過性を有し、かつアモルファスもしくは異方性を有する層を形成すればよいという知見を得た。すなわち、本発明の光学部品は、ＢａＦ_２からなる低屈折率層２とは別に、アモルファスもしくは異方性を有する中間層４を備えている点に特徴を有する。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の光学部品の断面図を模式的に示したものである。本発明の光学部品は、ＺｎＳｅからなる基板１と、主としてＢａＦ_２からなる低屈折率層２、ＺｎＳｅ、ＺｎＳもしくはＧｅからなる高屈折率層３、およびアモルファスもしくは異方性を有する（明確な結晶方位を持たない）中間層４を備えた赤外反射防止膜５を有している。なお、主としてＢａＦ_２からなる層とは、上述したように、ＺｎＳｅ基板に蒸着した際にＺｎＳｅ基板の結晶性がその層に反映されてしまう程度に、ＢａＦ_２以外の異種材料を含んでいる場合を含むことを意味する。

中間層４として種々の材料が考えられるが、高い赤外透過性能を有するフッ化物（ＢａＦ_２を除く）、あるいはＢａＦ_２とＢａＦ_２以外のフッ化物との固溶体からなる層であることが好ましい。なお、これらのフッ化物は、異なる材料を２種類以上含むものであっても良い。上記のフッ化物としては、ＴｈＦ_４を除くことは言うまでもなく、ＹｂＦ_３、ＤｙＦ_３などのランタノイドのフッ化物や、ＹＦ_３、ＰｂＦ_２などが好ましい。なお、ＴｉＯ_２などの酸化物でもアモルファスな層を形成することができるが、波長１０．６μｍにおける吸収率０．２５％以下とすることが困難である。

中間層４は、低屈折率層と基板との間に第１の中間層として形成するのが良い。その厚みは、ＺｎＳｅ基板の表面の凹凸が転写されない程度であれば良い。例えば、表面粗さＲａを３ｎｍ以内に抑えるには、その厚みを１０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、ＢａＦ_２はその他のフッ化物に比べて吸収率が低いので、ＢａＦ_２を除くフッ化物、あるいはＢａＦ_２とＢａＦ_２以外のフッ化物との固溶体を使用する中間層は、吸収率を低く抑えるようできるだけ薄くすることが好ましい。従って、中間層の厚みは、１０００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下とするのがより好ましい。このような構成とすることで、ＺｎＳｅ基板の表面の凹凸が赤外反射防止膜の表面に転写されなくなるので、赤外反射防止膜の表面を平滑にすることができる。本発明の構造とすることにより、赤外反射防止膜の表面粗さＲａを３ｎｍ以下とすることができる。

また、中間層を低屈折率層と基板との間に形成された第１の中間層と、高屈折率層と低屈折率層との間に形成された第２の中間層との２層に分けて形成する場合は、第１の中間層の厚みを薄くし、具体的には１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。低屈折率層の上側にも中間層を設けることによって、光学部品の吸収率をコントロールすることができる。

次に実施例に基づいて、本発明の光学部品をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。

透過部材である厚さ８ｍｍのＺｎＳｅ部材を基板１とし、その表面にＢａＦ_２とＹＦ_３との固溶体（ＢａＦ_２：ＹＦ_３＝７：３・・・モル比）からなる中間層４、ＢａＦ_２からなる低屈折率層２、ＺｎＳｅからなる高屈折率層３を基材側から順に積層し、赤外反射防止膜５を両面に有する光学部品を作成した。それぞれの膜は、電子ビーム（ＥＢ）蒸着により真空度８×１０^−４Ｐａ以下、蒸着速度０．０３μｍ／ｍｉｎの条件で作成した。作成した光学部品については、赤外線吸収率の測定及び表面粗さの測定を行った。その結果を表１に示す。

赤外線の吸収率は、波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザ光を用いたレーザカロメトリ法により測定した。表面粗さについては、Ｚｙｇｏ社製の非接触表面形状測定機ＮｅｗＶｉｅｗ２００により測定した。

また、基板１の表面にＢａＦ_２とＹＦ_３との固溶体（ＢａＦ_２：ＹＦ_３＝７：３）からなる中間層４をＢａＦ_２からなる低屈折率層２の両側に形成した構造、低屈折率層２をＴｈＦ_４とした構造、及びフッ化物固溶体からなる中間層４を有していない構造についても同様に作成し、評価を行った。

表１の結果から分かるように、本発明の構造（資料番号１，２）では、低屈折率層２にＢａＦ_２を使用してもＴｈＦ_４を使用した場合と同等の性能が得られた。また、中間層４を有していない従来の構造（資料番号４）に比べ、表面粗さが改善され、吸収率が低い光学部品を得ることができた。

また、低屈折率層をＴｈＦ_４からＢａＦ_２に変更しただけのもの（試料番号４）は、低屈折率層がＴｈＦ_４のもの（試料番号３）と吸収率が異なっている。そのため、レーザー光の吸収による基板温度上昇の結果生じる基板屈折率の変化量及び熱変形量が異なり、焦点位置にズレが生じてしまい、従来のＴｈＦ_４を使用した光学部品との互換性が得られない。これに対し、本発明の構造のもの（試料番号２）は、中間層の存在により、低屈折率層をＴｈＦ_４としたものに吸収率を合わせることも可能であり、ＴｈＦ_４を使用した光学部品と互換性を得ることも出来る。なお、吸収率は、中間層の厚みを変えることで調整することができる。

実施例１と同じ条件にて、膜材質やその厚みを変え、吸収率及び表面粗さの評価を行った。その結果を表２〜表６に示す。

表２〜表６の結果より、ＢａＦ_２とは別に、アモルファスもしくは異方性を有する中間層を設けることにより、吸収率が低く、外観品質が良い光学部品が得られることがわかる。なお、試料番号２１は、高屈折率層と低屈折率層との間（第２の中間層）にのみ中間層を形成したものであるが、中間層の厚みが比較的厚いにもかかわらず、表面粗さが少ししか改善されていない。従って、表面粗さを改善するためには、中間層を低屈折率層と基板との間（第１の中間層）に設けることが好ましいことが分かる。

なお、上述した例は、あくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって画定される本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、ＣＯ_２レーザ等のハイパワーレーザに用いる光学部品に特に好適である。

１ ＺｎＳｅからなる基板
２ 低屈折率層
３ 高屈折率層
４ 中間層
５ 赤外反射防止膜

Claims (8)

1. 基材と赤外反射防止膜とからなる光学部品であって、
   前記基材はＺｎＳｅであり、
   前記赤外反射防止膜は、前記基板の少なくとも一面に形成されているとともに、
   主としてＢａＦ_２からなる低屈折率層と、
   ＺｎＳｅ、ＺｎＳもしくはＧｅからなる高屈折率層と、
   アモルファスもしくは異方性を有する材料からなる中間層からなり、
   前記赤外反射防止膜の表面粗さＲａが３ｎｍ以下であることを特徴とする光学部品。
2. 波長１０．６μｍにおける吸収率が０．２５％以下である請求項１に記載の光学部品。
3. 波長１０．６μｍにおける吸収率が０．１８％以上０．２４％以下である請求項１または２に記載の光学部品。
4. 前記中間層はランタノイドのフッ化物、ＰｂＦ_２、ＹＦ_３からなる群から選ばれる一種類以上のフッ化物からなる層、またはこれらの群から選ばれる一種類以上のフッ化物とＢａＦ_２とを含む固溶体からなる層である請求項１〜３いずれかに記載の光学部品。
5. 前記中間層は、低屈折率層と基板との間に形成された第１の中間層である請求項１〜４のいずれかに記載の光学部品。
6. 前記第１の中間層の厚みは、１０ｎｍ以上である請求項５に記載の光学部品。
7. 前記第１の中間層の厚みは、１０００ｎｍ以下である請求項５に記載の光学部品。
8. 前記中間層は、高屈折率層と低屈折率層との間に形成された第２の中間層をさらに含み、前記第１の中間層の厚みが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項７に記載の光学部品。

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