(57)【要約】      （修正有）【課題】透過率が高く、耐環境性に優れた赤外用の光学部品を提供する。【解決手段】基板２と赤外反射防止膜３とからなる光学部品１。前記基板２は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓのいずれかからなる。前記赤外反射防止膜３は、前記基板２の少なくとも一面に形成されているとともに、当該基板側から、内層４、中間層５及び外層６がこの順に積層された積層体からなっている。また、前記内層４はフッ化物膜からなり、前記中間層５は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、且つ、前記外層６はＤＬＣ膜からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と赤外反射防止膜とからなる光学部品であって、
前記基板は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓのいずれかからなり、
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、当該基板側から、内層、中間層及び外層がこの順に積層された積層体からなっており、
前記内層はフッ化物膜からなり、
前記中間層は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、且つ、
前記外層はＤＬＣ膜からなることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜の膜厚が１５０〜３００ｎｍである請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記フッ化物膜の膜厚が４００〜６００ｎｍである請求項１又は２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記中間層の厚さが４００〜６００ｎｍである請求項１〜３のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５】
前記フッ化物膜がＹＦ3又はＹｂＦ3からなる請求項１〜４のいずれかに記載の光学部品。
【請求項６】
基板と赤外反射防止膜とを有するレーザ加工機の保護部材であって、
前記基板は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓのいずれかからなり、
前記赤外反射防止膜は、前記基板の少なくともレーザ加工機の出射側に形成されているとともに、当該基板側から、内層、中間層及び外層がこの順に積層された積層体からなっており、
前記内層はフッ化物膜からなり、
前記中間層は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、且つ、
前記外層はＤＬＣ膜からなることを特徴とするレーザ加工機の保護部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学部品、及びレーザ加工機の保護部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
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赤外線用光学部品が種々提案されている。かかる赤外線用光学部品のうち赤外反射防止膜の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などを基材（基板）とし、この基材上にフッ化物やＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどの膜を形成した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載されている光学部品は、赤外線の吸収率が低く、高い耐環境性を有するものとされているが、基材表面に形成された薄膜の強度が十分であるとはいえないので、屋外での使用や、加工物が飛散するなどの過酷な環境下にあるレーザ加工機への適用に向いていなかった。
【０００４】
一方、レーザ加工機用の光学部品として、基材の表面（レーザ光の出射面であり被加工物に対向する面）上に直接ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を形成したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３５５７８６号明細書
【特許文献２】特許第４０７４２１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２記載の光学部品で使用されているＤＬＣ膜は硬度が高く、前述した環境下での使用に適しているが、基材として用いられる一般的な赤外透過部材（ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓなど）と屈折率が同等であるので、赤外線の透過率を高めるためにはＤＬＣ膜の厚さを大きくする必要がある。この場合、ＤＬＣ膜の圧縮残留応力が大きくなって密着性が低下するため、基材としては屈折率の高い材料を使用する必要があった。このような高屈折率の材料としてはＧｅがあるが、Ｇｅを使用した場合は高い透過率を得ることができない。また、Ｇｅは吸収率が高いので、ハイパワーレーザ用途には適さないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透過率が高く、耐環境性に優れた赤外用の光学部品、及びレーザ加工機の保護部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学部品は、基板と赤外反射防止膜とからなる光学部品であって、
前記基板は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓのいずれかからなり、
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、当該基板側から、内層、中間層及び外層がこの順に積層された積層体からなっており、
前記内層はフッ化物膜からなり、
前記中間層は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、且つ、
前記外層はＤＬＣ膜からなることを特徴としている。
【０００９】
本発明の光学部品では、外層であるＤＬＣ膜の下層として、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなる中間層及びフッ化物膜からなる内層を設けているので、耐環境性能を向上させつつ、高い透過率を維持することができる。
【００１０】
前記ＤＬＣ膜の膜厚が１５０〜３００ｎｍであるのが好ましい。ＤＬＣ膜は高い硬度を有し耐環境性に優れているが、一方において圧縮応力を有するので、引張応力を有するフッ化物膜との応力差をできるだけ緩和させる必要がある。耐環境性能を向上させためには１５０ｎｍよりも厚いことが好ましく、応力差を緩和させるためには３００ｎｍより薄くすることが好ましい。また、ＤＬＣ膜は厚くなるほど透過率を低下させるので、透過率を高く保つという観点からも、３００ｎｍより薄くすることが好ましい。
【００１１】
前記フッ化物膜の膜厚が４００〜６００ｎｍであるのが好ましい。フッ化物膜は膜厚が大きくなると吸収率が大きくなり、ハイパワーレーザ用途に要求される吸収率を満たすのが難しくなる。一方、膜厚が小さくなりすぎると他層と十分な反射防止層を形成できない。したがって、両者を満足させるためには４００〜６００ｎｍの範囲の膜厚であるのが好ましい。
【００１２】
前記中間層の厚さが４００〜６００ｎｍであるのが好ましい。中間層の場合も、前記フッ化物膜と同様の理由により４００〜６００ｎｍの範囲の膜厚であるのが好ましい。
【００１３】
前記フッ化物膜がＹＦ3又はＹｂＦ3からなるのが好ましい。ＹＦ3又はＹｂＦ3からなる膜は透過率が大きいので、膜全体の透過率を高めることができる。
【００１４】
また、本発明のレーザ加工機の保護部材（以下、単に「保護部材」ともいう）は、基板と赤外反射防止膜とを有するレーザ加工機のレンズ保護部材であって、
前記基板は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓのいずれかからなり、
前記赤外反射防止膜は、前記基板の少なくともレーザ加工機の出射側に形成されているとともに、当該基板側から、内層、中間層及び外層がこの順に積層された積層体からなっており、
前記内層はフッ化物膜からなり、
前記中間層は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、且つ、
前記外層はＤＬＣ膜からなることを特徴としている。
【００１５】
本発明の保護部材では、外層であるＤＬＣ膜の下層として、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなる中間層及びフッ化物膜からなる内層を設けているので、耐環境性能を向上させつつ、高い透過率を維持することができる。したがって、加工物が飛散するなどの過酷な環境下にあるレーザ加工機の保護部材に適している。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光学部品、及びレーザ加工機の保護部材によれば、透過率を高くするとともに、耐環境性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光学部品の一実施の形態の断面説明図である。
【図２】本発明の保護部材を用いた赤外レーザ加工機の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の光学部品及び保護部材の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学部品１の断面説明図であり、この光学部品１は、赤外光学用基板２の両面に赤外反射防止膜３が形成された構成を備えている。赤外光学用基板２は、厚さ１〜１０ｍｍ程度のＺｎＳｅ、ＺｎＳ及びＧａＡｓ（赤外透過部材）のいずれかからなっているが、このうちより高い赤外透過率を得る点より、ＺｎＳｅやＺｎＳからなる基板を用いるのが好ましい。図１に示される実施の形態では、赤外光学用基板２の両面に赤外反射防止膜３が形成されているが、基板の片側の面だけに赤外反射防止膜３を形成することもできる。
【００２０】
前記赤外防止反射膜３は、前記赤外光学用基板２側から、低屈折率の内層４、この内層４よりも屈折率の高い中間屈折率の中間層５、及びこの中間層５よりも屈折率の高い高屈折率の外層６がこの順で積層された積層体からなっている。
【００２１】
前記内層４は、ＹＦ3膜、ＹｂＦ3膜、ＭｇＦ2膜などのフッ化物膜からなっているが、このうち透過率が大きく、膜全体の透過率を高めることができる点より、ＹＦ3膜又はＹｂＦ3膜からなるのが好ましい。内層４の膜厚は、基板厚さと他層厚さを考慮して選定されるが、概ね５０〜１０００ｎｍ程度であり、好ましくは４００〜６００ｎｍである。フッ化物膜は膜厚が大きくなると吸収率が大きくなり、ハイパワーレーザ用途に要求される吸収率を満たすのが難しくなる。一方、膜厚が小さくなりすぎると赤外光の多層反射防止膜の効果が得られない。したがって、両者を満足させるためには４００〜６００ｎｍの範囲の膜厚であるのが好ましい。
【００２２】
前記中間層５は、ＺｎＳｅ膜、ＺｎＳ膜及びＧａＡｓ膜のいずれかからなり、その厚さは基板厚さと他層厚さを考慮して選定されるが、概ね５０〜１０００ｎｍ程度であり、好ましくは前記内層４と同じく４００〜６００ｎｍである。中間層５を構成するＺｎＳｅ膜などは膜厚が大きくなると吸収率が大きくなり、ハイパワーレーザ用途に要求される吸収率を満たすのが難しくなる。一方、膜厚が小さくなりすぎると赤外光の多層反射防止膜の効果が得られない。したがって、両者を満足させるためには４００〜６００ｎｍの範囲の膜厚であるのが好ましい。
【００２３】
前記外層６はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜からなっており、その厚さは本発明において特に限定されるものではないが、概ね１００〜１５００ｎｍが目安であり、このうち１５０〜３００ｎｍであるのが好ましい。ＤＬＣ膜は高い硬度を有し耐環境性に優れているが、一方において圧縮応力を有するので、引張応力を有するフッ化物膜（内層４）との応力差をできるだけ緩和させる必要がある。耐環境性能を向上させためには１５０ｎｍよりも厚いことが好ましく、応力差を緩和させるためには３００ｎｍより薄くすることが好ましい。また、ＤＬＣ膜は厚くなるほど透過率を低下させるので、透過率を高く保つという観点からも、３００ｎｍより薄くすることが好ましい。
【００２４】
赤外防止反射膜３を構成する各膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの、従来公知の真空薄膜堆積技術を用いることができる。また、各膜の厚さは、例えば市販されている膜設計ソフトを用いて決定することができる。
【００２５】
図２は、本発明の保護部材を用いた赤外レーザ加工機の断面説明図である。図２において、２０はプリント配線板などの被加工物３０に対向して配設されるレーザ発振器であり、このレーザ発振器２０と被加工物３０の間には集光レンズ４０及び保護部材１１が配置されている。レンズ発振器２０から出射されるレーザ光５０としては波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザが用いられ、また、集光レンズ４０としてはＺｎＳｅからなる単レンズが用いられている。
【００２６】
保護部材１１は、レーザ光５０を透過させるとともに、レーザ加工時に発生する発塵やスパッタリングによる汚染、損傷から集光レンズ４０を保護するものであり、赤外光学用基板１２と、この赤外光学用基板１２のレーザ加工機の出射側に形成された赤外反射防止膜１３とから構成されている。また、赤外防止反射膜１３は、前記赤外光学用基板１２側から、低屈折率の内層１４、この内層１４よりも屈折率の高い中間屈折率の中間層１５、及びこの中間層１５よりも屈折率の高い高屈折率の外層１６がこの順で積層された積層体からなっている。これら赤外光学用基板１２、内層１４、中間層１５及び外層１６の材質や厚さなどは、それぞれ前述した光学部品１における赤外光学用基板２、内層４、中間層５及び外層６と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００２７】
つぎに実施例に基づいて、本発明の光学部品を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
【００２８】
[実施例１]
赤外広域において高透過率及び耐環境性を必要とする光学部品を作製した。光学部品は、図１に示されるように、基板の両面にそれぞれ赤外反射防止膜を形成した構成である。
厚さ３ｍｍのＺｎＳｅ製の基板側から表１に示される低屈折率の第１層（内層）、中間屈折率の第２層（中間層）及び高屈折率の第３層（外層）を真空蒸着法により形成した。中心波長λは９．３μｍであり、市販の膜設計ソフト（ソフトウェア  スペクトラ社（Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｓｐｅｃｔｒａ，Ｉｎｃ．）のＴＦＣａｌＣ）を用いて各層の厚さを決めた。
【００２９】
【表１】
2010181514.tif 000003
【００３０】
[比較例１]
厚さ３ｍｍのＧｅ製の基板の両面に厚さ１μｍのＤＬＣ膜を真空蒸着法により形成した。
【００３１】
[比較例２]
第３層としてのＤＬＣ膜を形成しなかった以外は実施例１と同様にして光学部品を作製した。
【００３２】
実施例１及び比較例１〜２で得られた光学部品の赤外波長透過率及び耐環境性能を調べた。耐環境性能については、以下の方法と同等の方法で試験を行った。結果を表２に示す。
耐磨耗試験：３０秒間の研磨装置による研磨で赤外防止反射膜が剥がれるかどうかを観察する。
引っ掻き試験：市販されているボールペンにより赤外防止反射膜を引っ掻き、当該赤外防止反射膜の剥離を観察する。
【００３３】
【表２】
2010181514.tif 000004
【００３４】
表２より分かるように、実施例１の光学部品は高い透過率を有しており、且つ、研磨による膜磨耗や引っ掻きによる膜剥離がなく、優れた耐環境性能を有している。一方、比較例１の光学部品は耐環境性能に優れているが、透過率が９５％以下と低い。また、比較例２の光学部品は透過率が９９％以上と高かったが、磨耗や剥離が生じ、耐環境性に劣っている。
【００３５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１      光学部品
２      赤外光学用基板
３      赤外反射防止膜
４      内層
５      中間層
６      外層
１１      保護部材
１２      赤外光学用基板
１３      赤外反射防止膜
１４      内層
１５      中間層
１６      外層
２０      レーザ発振器
３０      被加工物
４０      集光レンズ
５０      レーザ光
【図１】
2010181514.tif 000005
【図２】
2010181514.tif 000006