KR101470718B1 - 광학 부품 - Google Patents

Abstract

기재와 적외 반사 방지막으로 이루어지는 광학 부품으로서, 기재는 ZnSe로 이루어지고, 적어도 한 면에 적외 반사 방지막이 형성되어 있다. 또한, 적외 반사 방지막은, BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층, ZnSe, ZnS 또는 Ge으로 이루어지는 고굴절률 층, 및 비정질 또는 이방성을 갖는 중간층으로 형성되어 있다. 이렇게 구성된 것에 의해, ThF₄를 사용하지 않아도 높은 투과율을 갖고, 표면 조도가 양호한 광학 부품을 얻을 수 있다.

Description

광학 부품{OPTICAL COMPONENT}

본 발명은, 기재의 표면에 적외 반사 방지막을 갖는 광학 부품에 관한 것이다.

최근, 적외광(赤外光)을 이용한 광학 기기의 개발이 왕성하게 행해지고, 특히 8 내지 14㎛ 영역의 적외광의 이용이 주목되고 있다. 이에 따라, 이 영역의 적외광에 유효한 광학 부품이 여러가지 제안되고 있다. 이러한 광학 부품 중, 적외 반사 방지 기능을 구비한 광학 부품으로서, 적외 투과 부재인 ZnSe, ZnS, GaAs, Ge 등을 기판(기재)으로 하고, 이 기판 상에 PbF₂, BaF₂, LaF₃, CeF₃, ThF₄ 등의 불화물로 이루어지는 저굴절률 층과, ZnSe, ZnS, GaAs, Ge 등의 고굴절률 층을 조합한 적외 반사 방지막을 갖는 구조가 알려져 있다.

특히, CO₂ 레이저 등의 고출력 레이저에 사용되는 광학 부품에서는, 레이저광을 흡수함으로써 생기는 발열의 영향을 무시할 수 없다. 그 때문에, 적외 반사 방지막에 의한 레이저광의 흡수율을 낮게 억제할 필요가 있다. 적외 반사 방지막의 저굴절률 층에 사용되는 재료 중, 그와 같은 특성을 만족시키는 물질로서 ThF₄가 알려져 있다. 그런데, ThF₄는 방사성 물질이기 때문에, 인체에 유해하여 취급 상의 제약이 있다는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제를 해소하기 위해서, 특허문헌 1에서는 저굴절률 층에 BaF₂를 이용하고, 고굴절률 층에 ZnSe를 이용한 광학 부품이 제안되어 있다.

일본 특허공개 제2002-148407호 공보

특허문헌 1과 같은 구조로 함으로써 ThF₄와 같은 방사성 물질을 사용하지 않더라도, 레이저광의 흡수율이 낮은 광학 부품을 제조할 수 있다. 그런데, 특허문헌 1과 같이, 저굴절률 층에 BaF₂, 고굴절률 층에 ZnSe를 이용한 것뿐인 구조에서는, ThF₄를 이용한 경우에 비하여 적외 반사 방지막의 표면 조도가 나빠, 광학 부품의 외관이 악화된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 사정에 기하여 이루어진 것이며, 방사성 물질인 ThF₄를 사용하지 않으면서도, 레이저광의 흡수율이 낮고, 외관 품질이 양호한 적외 반사 방지막을 갖는 광학 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 광학 부품은, 기재(기판)와 적외 반사 방지막으로 이루어지는 광학 부품으로서, 기재는 ZnSe로 이루어지고, 적외 반사 방지막은 이 기재의 적어도 한 면에 형성되어 있다. 그리고, 적외 반사 방지막은, 주로 BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층과, ZnSe, ZnS 또는 Ge으로 이루어지는 고굴절률 층과, 비정질 또는 이방성을 갖는 재료로 이루어지는 중간층으로 형성되어 있다. 그리고, 광학 부품은, 표면 조도 Ra가 3nm 이하라는 특징을 갖고 있다.

또한, 본 발명의 광학 부품은, 파장 10.6㎛에서의 레이저광의 흡수율이 0.25% 이하인 것이 바람직하고, 파장 10.6㎛에서의 레이저광의 흡수율이 0.18% 이상 0.24% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 광학 부품의 중간층은, 란타노이드의 불화물, PbF₂, YF₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 불화물로 이루어지는 층, 또는 이들의 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 불화물과 BaF₂를 포함하는 고용체로 이루어지는 층인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 광학 부품은, 중간층은, 고굴절률 층과 저굴절률 층 사이, 저굴절률 층과 기재 사이, 또는 그 양쪽에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, ThF₄를 사용하지 않더라도, 레이저광의 흡수율이 낮고, 외관 품질이 양호한 적외 반사 방지막을 갖는 광학 부품을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 광학 부품에 대하여, 실시의 1 형태의 단면도를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

본 발명자는, 특허문헌 1에 개시된 광학 부품의 문제점에 대하여 검토를 행했다. 그 결과, 다결정체인 ZnSe 기판의 표면에 존재하는 결정립의 요철이, BaF₂ 층에 전사, 또는 증폭되어 전사되고 있는 것을 알았다. 또한, BaF₂ 층에 명확한 결정성이 나타나 있는 것도 밝혀졌다. 이들 사실로부터, 본 발명자는, 이 BaF₂ 층에 생긴 요철이 광학 부품의 표면에 영향을 미치게 하여, 광학 부품의 외관 품질의 저하로 연결되고 있다고 생각했다.

그래서, 본 발명자는, 상기의 문제의 대책에 대하여 여러가지 검토를 행한 결과, 저굴절률 층(2)의 상면 또는 하면에, 적외 투과성을 갖고, 또한 비정질 또는 이방성을 갖는 층을 형성하면 좋다고 하는 지견을 얻었다. 즉, 본 발명의 광학 부품은, BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층(2)과는 달리, 비정질 또는 이방성을 갖는 중간층(4)을 구비하고 있다는 점에 특징을 갖는다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 광학 부품의 단면도를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 광학 부품은, ZnSe로 이루어지는 기판(1)과, 주로 BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층(2), ZnSe, ZnS 또는 Ge으로 이루어지는 고굴절률 층(3), 및 비정질 또는 이방성을 갖는(명확한 결정 방향을 가지지 않는) 중간층(4)을 구비한 적외 반사 방지막(5)을 갖고 있다. 한편, 주로 BaF₂로 이루어지는 층이란, 상술한 것과 같이, ZnSe 기판에 증착했을 때에 ZnSe 기판의 결정성이 그 층에 반영되어 버릴 정도로, BaF₂ 이외의 이종 재료를 포함하고 있는 경우를 포함하는 것을 의미한다.

중간층(4)으로서 여러가지 재료가 생각되지만, 높은 적외 투과 성능을 갖는 불화물(BaF₂를 제외함), 또는 BaF₂와 BaF₂ 이외의 불화물의 고용체로 이루어지는 층인 것이 바람직하다. 한편, 이들의 불화물은, 다른 재료를 2 종류 이상 포함하는 것이어도 좋다. 상기의 불화물로서는, ThF₄를 제외하는 것은 말할 것도 없고, YbF₃, DyF₃ 등의 란타노이드의 불화물이나, YF₃, PbF₂ 등이 바람직하다. 한편, TiO₂ 등의 산화물로도 비정질인 층을 형성할 수 있지만, 파장 10.6㎛에서의 흡수율을 0.25% 이하로 하기 어렵다.

중간층(4)은, 저굴절률 층과 기판 사이에 제 1 중간층으로서 형성하는 것이 좋다. 그 두께는, ZnSe 기판의 표면의 요철이 전사되지 않는 정도이면 좋다. 예컨대, 표면 조도 Ra를 3nm 이내로 억제하기 위해서는, 그 두께를 10nm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, BaF₂는 그 밖의 불화물에 비하여 레이저광의 흡수율이 낮기 때문에, BaF₂를 제외하는 불화물, 또는 BaF₂와 BaF₂ 이외의 불화물의 고용체를 사용하는 중간층은, 레이저광의 흡수율을 낮게 억제하도록 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 중간층의 두께는, 1000nm 이하가 바람직하고, 100nm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 ZnSe 기판의 표면의 요철이 적외 반사 방지막의 표면에 전사되어 없어지기 때문에, 적외 반사 방지막의 표면을 평활하게 할 수 있다. 본 발명의 구조로 함으로써, 적외 반사 방지막의 표면 조도 Ra를 3nm 이하로 할 수 있다.

또한, 중간층을 저굴절률 층과 기판 사이에 형성된 제 1 중간층과, 고굴절률 층과 저굴절률 층 사이에 형성된 제 2 중간층의 2층으로 나눠 형성하는 경우는, 제 1 중간층의 두께를 얇게 하여, 구체적으로는 10nm 이상 100nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 저굴절률 층의 상측에도 중간층을 설치하는 것에 의해, 광학 부품에서의 레이저광의 흡수율을 컨트롤할 수 있다.

다음으로, 실시예에 기하여, 본 발명의 광학 부품을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예만으로 한정되는 것이 아니다.

실시예

실시예 1

투과 부재인 두께 8mm의 ZnSe 부재를 기판(1)으로 하고, 그 표면에 BaF₂와 YF₃의 고용체(BaF₂:YF₃=7:3···몰비)로 이루어지는 중간층(4), BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층(2), ZnSe로 이루어지는 고굴절률 층(3)을 기재 측으로부터 순서대로 적층하여, 적외 반사 방지막(5)을 양면에 갖는 광학 부품을 작성했다. 각각의 막은, 전자빔(EB) 증착에 의해 진공도 8×10^-4Pa 이하, 증착 속도 0.03㎛/min의 조건으로 작성했다. 작성한 광학 부품에 관해서는, 적외선 흡수율의 측정 및 표면 조도의 측정을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

적외선의 흡수율은, 파장 10.6㎛의 CO₂ 레이저광을 이용한 레이저 칼로메트리법에 의해 측정했다. 표면 조도에 관해서는, Zygo사제의 비접촉 표면 형상 측정기 NewView200에 의해 측정했다.

또한, 기판(1)의 표면에 BaF₂와 YF₃의 고용체(BaF₂:YF₃=7:3)로 이루어지는 중간층(4)을 BaF₂로 이루어지는 저굴절률 층(2)의 양측에 형성한 구조, 저굴절률 층(2)을 ThF₄로 한 구조, 및 불화물 고용체로 이루어지는 중간층(4)을 갖고 있지 않은 구조에 관해서도 동일하게 작성하여, 평가를 했다.

표 1의 결과로부터 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 구조(시료번호 1, 2)에서는, 저굴절률 층(2)에 BaF₂를 사용하여도 ThF₄를 사용한 경우와 동등한 성능이 얻어졌다. 또한, 중간층(4)을 갖고 있지 않은 종래의 구조(시료번호 4)에 비하여, 표면 조도가 개선되고, 레이저광의 흡수율이 낮은 광학 부품을 얻을 수 있었다.

또한, 저굴절률 층을 ThF₄로부터 BaF₂로 변경했을 뿐인 것(시료번호 4)은, 저굴절률 층이 ThF₄인 것(시료번호 3)과는 레이저광의 흡수율이 다르다. 그 때문에, 레이저광의 흡수에 의한 기판 온도 상승의 결과 생기는 기판 굴절률의 변화량 및 열 변형량이 다르고, 초점 위치에 격차가 생겨 버려, 종래의 ThF₄를 사용한 광학 부품과의 호환성이 얻어지지 않는다. 이에 대하여, 본 발명의 구조의 것(시료번호 2)은, 중간층의 존재에 의해, 저굴절률 층을 ThF₄로 한 것에 레이저광의 흡수율을 합치는 것도 가능하고, ThF₄를 사용한 광학 부품과 호환성을 얻는 것도 할 수 있다. 한편, 레이저광의 흡수율은, 중간층의 두께를 변화시킴으로써 조정할 수 있다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 조건에서, 막 재질이나 그 두께를 변화시켜, 레이저광의 흡수율 및 표면 조도의 평가를 행했다. 그 결과를 표 2 내지 표 6에 나타낸다.

표 2 내지 표 6의 결과로부터, BaF₂와는 달리, 비정질 또는 이방성을 갖는 중간층을 설치하는 것에 의해, 레이저광의 흡수율이 낮고, 외관 품질이 좋은 광학 부품이 얻어진다는 것을 알 수 있다. 한편, 시료번호 21은, 고굴절률 층과 저굴절률 층 사이(제 2 중간층)에만 중간층을 형성한 것이지만, 중간층의 두께가 비교적 두꺼움에도 불구하고, 표면 조도가 조금 밖에 개선되어 있지 않다. 따라서, 표면 조도를 개선하기 위해서는, 중간층을 저굴절률 층과 기판 사이(제 1 중간층)에 설치하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

한편, 상술한 예는, 어디까지나 예시이고 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것이 아니다. 당업자이면 특허청구의 범위에 의해서 확정되는 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않고 다양한 변형 또는 변경이 가능한 것은 말할 것도 없다.

본 발명은, CO₂ 레이저 등의 고출력 레이저에 이용하는 광학 부품에 특히 적합하다.

1 ZnSe로 이루어지는 기판
2 저굴절률 층
3 고굴절률 층
4 중간층
5 적외 반사 방지막

Claims (8)

1. 기재와 적외 반사 방지막으로 이루어지는 광학 부품으로서,
   상기 기재는 ZnSe이며,
   상기 적외 반사 방지막은, 상기 기재의 적어도 한 면에 형성되어 있음과 함께,
   BaF₂를 포함하는 층과,
   ZnSe, ZnS 또는 Ge으로 이루어지는 층과,
   비정질 또는 이방성을 갖는 재료로 이루어지는 제 1 중간층 및 제 2 중간층만으로 이루어지고,
   상기 제 1 중간층은 BaF₂를 포함하는 층과 기재 사이에 형성되고,
   상기 제 2 중간층은, ZnSe, ZnS 또는 Ge으로 이루어지는 층과 BaF₂를 포함하는 층 사이에 형성되고,
   상기 제 1 중간층의 두께가 10nm 이상 100nm 이하이고,
   상기 적외 반사 방지막의 표면 조도 Ra가 3nm 이하이고, 파장 10.6㎛에서의 흡수율이 0.25% 이하이며,
   상기 제 1 중간층 및 제 2 중간층은 란타노이드의 불화물, PbF₂, YF₃로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 불화물로 이루어지는 층, 또는 이들의 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 불화물과 BaF₂를 포함하는 고용체로 이루어지는 층인 것을 특징으로 하는 광학 부품.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   파장 10.6㎛에서의 흡수율이 0.18% 이상 0.24% 이하인 광학 부품.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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