(57)【要約】【課題】レーザ機器に使用されている数多くの光学部品のいずれかがダメージを受けた場合の、実際にどの光学部品がダメージを受けているか、個々の光学部品を直接目視観察や光を照射してその透過パターンの乱れから判断しなくとも、どの光学部品がダメージを受けているかを見出し、レーザ機器のメンテナンス時間の短縮とレーザ機器を使用した装置の稼働率の向上を目的とする。【解決手段】反射膜、反射防止膜、バンドパスフィルター、エッジフィルターあるいは偏光膜のうちの少なくとも１種以上の機能多層膜を有するレーザ用光学部品において、該機能多層膜中に、少なくとも１層以上の絶縁膜を有し、絶縁膜の二つの面に透明導電膜が積層して形成された積層膜が少なくとも１つ以上であり、透明導電膜間の抵抗値の減少を検出できる抵抗計が接続されているものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射膜、反射防止膜、バンドパスフィルター、エッジフィルターあるいは偏光膜のうちの少なくとも１種以上の機能多層膜を有するレーザ用光学部品において、該機能多層膜中に、少なくとも１層以上の絶縁膜を有し、該絶縁膜の二つの面に透明導電膜が積層して形成された積層膜が少なくとも１つ以上であり、該透明導電膜間の抵抗値の減少を検出できる抵抗計が接続されていることを特徴とするレーザ用光学部品。
【請求項２】
機能多層膜が使用レーザ波長において反射膜であり、該機能多層膜中に少なくとも２層以上存在する透明導電膜は、該反射膜の光入射面側付近から離れた位置に存在することを特徴とする請求項１記載のレーザ用光学部品。
【請求項３】
前記透明導電膜層のダメージしきい値が機能多層膜の表面側から反射膜を構成する高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層された部分の透過率になるような積層数より下側になるような位置に、前記透明導電膜を配置することを特徴とする請求項２記載のレーザ用光学部品。
【請求項４】
使用するレーザ波長は透明導電膜の透明波長域であることを特徴とする請求項１、２記載のレーザ用光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射膜、反射防止膜等を有するレーザ用光学部品に関し、特に、レーザによりこれらの膜がダメージを受けた際に、ダメージを検出できるレーザ用光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ機器に用いるレンズやミラー等の光学部品には反射膜や反射防止膜を施す場合が多い。レーザ機器に施された上記反射膜や反射防止膜等の光学薄膜は、光吸収や電界集中による破壊や表面に付着した塵やホコリ等の汚染物質によって致命的なダメージを受けることがある。
【０００３】
レーザ機器に用いられるレーザ用光学部品におけるレーザダメージに関しては非特許文献１に記載されている。上記のような原因から光学薄膜に発生したダメージは、始めは小さなものであっても、何回もレーザが照射される毎に広がっていき、結局この光学部品が機能しなくなるまでになり、該光学部品を有するレーザ機器の性能が極端に低下してしまう。このような状態に至った時は、この光学部品を交換するしか解決の手段はない。
【０００４】
ところが、レーザ機器には数多くの光学部品が使用されており、実際にどの光学部品がダメージを受けているか調べることは容易なことではない。実際には、個々の光学部品を直接目視観察するか、個々の光学部品に光を照射してその透過パターンの乱れから判断する方法が主に行われており、時間を要する作業となっている。また、交換の必要のない光学部品まで取り外してしまうと、その後の光学軸調整に膨大な時間を費やすことになっていた。
【０００５】
また、ダメージを起こした反射膜の裏側の温度上昇によって検出する方法（特開平１０−５８１８１号公報）やダメージ発生時の音によって検出する方法（特開平１１−１１８６６９号）もある。
【特許文献１】特開平１０−５８１８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１８６６９号公報
【非特許文献１】Ｎ．Ｋａｉｓｅｒ，Ｎ．Ｋ．Ｐｕｌｋｅｒ，”Ｏｐｔｉｃａｌ                Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ”，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，                ｐ３０９−３３３，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、背景技術に記載したような、レーザ機器に使用されている数多くの光学部品のいずれかがダメージを受けた場合の、実際にどの光学部品がダメージを受けているか、個々の光学部品を直接目視観察や光を照射してその透過パターンの乱れから判断しなくとも、どの光学部品がダメージを受けているかを見出し、レーザ機器のメンテナンス時間の短縮とレーザ機器を使用した装置の稼働率の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前述の問題点を解決するために、レーザ用光学部品に施す反射膜、反射防止膜等において、その機能多層膜中に少なくとも１層以上の絶縁膜を挟んだ両面に透明導電膜を積層して形成させた積層膜を組み込み、レーザによりこれらの膜がダメージを受けた際に、透明導電膜間の抵抗値の減少から、該光学部品のいずれかがダメージを受けた場合、実際にどの光学部品がダメージを受けているかを容易に検出できることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の発明は、反射膜、反射防止膜、バンドパスフィルター、エッジフィルターあるいは偏光膜のうちの少なくとも１種以上の機能多層膜を有するレーザ用光学部品において、該機能多層膜中に、少なくとも１層以上の絶縁膜を有し、該絶縁膜の二つの面に透明導電膜が積層して形成された積層膜が少なくとも１つ以上であり、該透明導電膜間の抵抗値の減少を検出できる抵抗計が接続されていることを特徴とするレーザ用光学部品を提供する。
【０００９】
本発明の第２の発明は、機能多層膜が使用レーザ波長において反射膜であり、該機能多層膜中に少なくとも２層以上存在する透明導電膜は、該反射膜の光入射面側付近から離れた位置に存在することを特徴とする第１の発明記載のレーザ用光学部品を提供する。
【００１０】
さらに、具体的には、前記透明導電膜層のダメージしきい値が機能多層膜の表面側から反射膜を構成する高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層された部分の透過率になるような積層数より下側になるような位置に、前記透明導電膜を配置するものである。
【００１１】
本発明の第３の発明は、使用するレーザ波長は透明導電膜の透明波長域であることを特徴とする第１、２の発明記載のレーザ用光学部品を提供する。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレーザ用光学部品によれば、レーザによるダメージを個々の光学部品に対して調べることなく、複数の光学部品の中から電気信号によりダメージがある光学部品を検出できるので、レーザ機器のメンテナンス時間の短縮とレーザ機器を使用した装置の稼働率の向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のレーザ用光学部品について詳細に説明する。
図１に示すような光学部品において、基板１に低屈折率物質層３と高屈折率物質層４を交互に成膜された光学薄膜２は、ダメージを受けた際、または、そのダメージにさらにレーザ照射された際、各層の断面が溶けてしまい溶け跡５のようになる場合がほとんどである。  反射膜や反射防止膜、バンドパスフィルター、エッジフィルターあるいは偏光膜のうちの少なくとも１種以上の機能多層膜を有するレーザ用光学部品において、該機能多層膜中に、少なくとも１層以上の絶縁膜を有し、該絶縁膜の二つの面に透明導電膜が積層して形成されたせ積層膜が少なくとも１つ以上あり、該透明導電膜間の抵抗値の減少を検出できる抵抗計が接続されていれば、ダメージにより多層膜断面が解けてしまったときには、透明電極間の抵抗値変化が検出できる。
【００１４】
例えば、図２に示すように、上記機能多層膜中に、１層の絶縁膜６の両面に透明導電膜７を組み込んでおけば、通常、透明導電膜間は絶縁状態にあるが、ダメージにより多層膜断面が解けてしまったときには、透明電極間の抵抗値変化が起こり、これを検出することでダメージの発生を検出できる。
【００１５】
もちろん、吸収の大きい金属膜はレーザのエネルギーにより簡単にダメージを受けてしまうので使用できない。この透明導電膜自体がダメージの原因になってしまうといけないので、使用レーザ波長に対しては少なくとも吸収が他の膜材料と同等のレベルまで低いことが要求される。
【００１６】
また、上記機能多層膜が使用レーザ波長において反射膜である場合、該機能多層膜中に少なくとも２層以上存在する透明導電膜は、該反射膜の光入射面側付近から離れた位置に存在することが好ましい。これは、該反射膜の光入射面側付近にあると、レーザ光から透明導電膜、絶縁膜が直接ダメージを受けてしまうからである。
【００１７】
一例として、使用レーザ波長５３２ｎｍ用として絶縁膜を挟んだ両面に透明導電膜を組み込んだ反射膜と反射防止膜を設計する場合について以下に説明する。  
【００１８】
反射膜の場合、上記したように、どの位置に絶縁膜を挟んだ透明導電膜を配置するかが問題になる。反射膜は該表面付近で入射光の大部分を反射して基板付近まで強度の強い光が入ってこない。光入射面側の方は入射光強度が強いので、透明導電膜を表面側付近に配置した方がダメージの感度は高くなるが、透明導電膜を反射膜の表面付近に配置してしまうと、透明導電膜に起因してダメージが発生してしまい、ダメージ検出の意味がなくなってしまう。
【００１９】
反射膜を構成する膜材料のダメージしきい値を考慮して、該反射膜の光入射面側付近から離れた位置を選択することが好ましい。ここでは、反射膜を構成する高屈折率物質層のダメージしきい値をＤＴＨ、低屈折率物質層のダメージしきい値をＤＴＬ、絶縁膜層のダメージしきい値をＤＴＩ、透明導電膜層のダメージしきい値をＤＴＴ、とする。ここで、低屈折率物質層と絶縁膜層に同じ物質を用いるとダメージしきい値は、一般的に（１）式のように示される。
透明導電膜層ＤＴＴ＜高屈折率物質層ＤＴＨ＜低屈折率物質層ＤＴＬ＝絶縁膜層ＤＴＩ 
―――  （１）
表面側から高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層された多層膜下に、絶縁膜の両面に透明導電膜を組み込む設計方法を考える。表面側から高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層された部分の透過率をＴＲＡＮＳＵとする。
表面交互層の透過率ＴＲＡＮＳＵ＜透明導電膜層ＤＴＴ／高屈折率物質層ＤＴＨ 
―――  （２）
（２）式を満足するように、表面側から高屈折率物質層と低屈折率物質層を交互に積層された部分の透過率になるような積層数より下側に、絶縁膜の両面に透明導電膜が存在する積層膜を組み込めば、最表面側の高屈折率物質層より先に透明導電膜層がダメージを受けることがない。
【００２０】
たとえば、透明導電膜層のダメージしきい値ＤＴＴを２Ｊ／ｃｍ２、高屈折率物質層のダメージしきい値ＤＴＨを２０Ｊ／ｃｍ２とすると、表面交互層の透過率ＴＲＡＮＳＵは１０％（＝２／２０）以下になるような積層数より下に絶縁膜の両面に透明導電膜を組み込めばよい。高屈折率物質層の屈折率ＮＨを２．０６、低屈折率物質層の屈折率ＮＬを１．４６とすると交互に１２層積層すると透過率が１０％以下になる。
【００２１】
最初に表面付近で発生したダメージが、絶縁膜の両面に透明導電膜を組み込んだ部分まで影響を与えないことがある。しかし、連続発振のレーザやパルスレーザを照射すると、初期に発生したダメージは照射時間や照射パルス回数を重ねることによりわずかな時間で奥深くの基板付近まで広がり、絶縁膜の両面に透明導電膜を組み込んだ部分まで達し、ダメージを検出できる。
【００２２】
上記５３２ｎｍの反射膜の膜構成を表１に、膜構成図を図３に示す。また、分光反射特性を図４に示す。また、他の例として、５３２ｎｍの反射防止膜の膜構成を表２に、膜構成図を図５に示す。また、分光反射特性を図６に示す。
【００２３】
ここでは、高屈折率物質層に屈折率ＮＨ２．０６のＨｆＯ２、低屈折率物質層に屈折率ＮＬ１．４６のＳｉＯ２、透明導電膜に屈折率ＮＴ２．０５のＩＴＯ（酸化インジウム錫）、基板に屈折率１．５２の光学ガラスＢＫ７を用いた。ＩＴＯは波長４００〜１５００ｎｍ付近での透過率が高く、使用レーザ波長の５３２ｎｍの吸収が極めて少ないために採用した。レーザ用光学部品に成膜する光学薄膜の材料（高屈折率物質、低屈折率物質、透明導電膜等）は、使用レーザ波長に対して吸収があるとレーザダメージの原因となるため、吸収の少ない透明材料を選択しなければならない。
【００２４】
【表１】
2006179543.tif 000003
ただし、光学的膜厚＝屈折率Ｎ×物理的膜厚Ｄ／設計中心波長５３２ｎｍ
【００２５】
【表２】
2006179543.tif 000004
ただし、光学的膜厚＝屈折率Ｎ×物理的膜厚Ｄ／設計中心波長５３２ｎｍ
透明電極間の抵抗値を測定するためには、リード線を取り付けなければならないため、透明電極層には段差をつけている。この段差は、成膜中に基板全面のマスクを交換して製作している。この透明導電膜に導電性ペーストでリード線を取り付け、絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値変化を測定すれば、前述したように、これらの膜がダメージを受けたときに、抵抗値が変化するので、ダメージを検出することができる。
【実施例】
【００２６】
実施例では、上記した、本発明の構成の、絶縁膜の両面に形成された透明導電膜を有する５３２ｎｍの反射膜と反射防止膜を製作し、実際にレーザ照射によりダメージを発生させて、絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値変化を調べた。
【００２７】
基板には直径３０ｍｍのＢＫ７を使用し、アルバック製マグネトロンスパッタ装置で成膜をおこなった。ＨｆＯ２の成膜速度は０．２ｎｍ／秒、ＳｉＯ２の成膜速度は０．４ｎｍ／秒、透明導電膜ＩＴＯの成膜速度は０．６ｎｍ／秒で、どの膜の成膜時にも酸素を導入し、成膜温度は２００℃で行った。完成した反射膜と反射防止膜の透明導電膜には導電性ペーストによってリード線を取り付け、絶縁膜を挟んだ両面に透明導電膜間の抵抗値を測定した。初期の抵抗値はどちらも１０ＭΩ以上であった。
【００２８】
次に、レーザ波長５３２ｎｍ、パルス幅６ｎｓのパルスレーザをレンズで集光させて、これら評価サンプルに照射した。このときの、照射パワー密度は２５Ｊ／ｃｍ２であった。１００パルス照射後に評価サンプルを１０倍の実体顕微鏡で観察するとダメージが発生していた。該反射膜中の絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値は１ｋΩ、反射防止膜中の絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値は５００Ωに低下していた。
【００２９】
同様の実験を各５個の反射膜と反射防止膜について実施した。その結果を表３に記載する。ダメージによる多層膜の溶け方やダメージのサイズや数に起因してバラツキはあるが、ダメージ後の絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値はいずれの場合も低下した。
【００３０】
以上のことから、ダメージが発生した時、本発明のレーザ用光学部品は絶縁膜の両面に形成された透明導電膜間の抵抗値抵抗値が下がることから、レーザシステムに多数の光学部品が使用されていれも、どの光学部品がダメージを受けたのか容易に特定することができ、レーザシステムのメンテナンス時間を短縮することができる。
【００３１】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係るレーザ用光学部品をレーザシステムに採用すれば、レーザによるダメージが発生し、レーザシステムの性能が低下した時、各光学部品のレーザによるダメージを直接調べることなく、電気信号によりダメージの可能性が予測できるので、レーザ機器のメンテナンス時間の短縮とレーザ機器を使用した装置の稼働率の向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光学薄膜のダメージ説明図
【図２】本発明のダメージ説明図
【図３】本発明の反射防止膜の膜構成図
【図４】本発明の反射防止膜の分光反射特性
【図５】本発明の反射膜の膜構成図
【図６】本発明の反射膜の分光反射特性
【符号の説明】
【００３４】
１．基板
２．光学薄膜
３．低屈折率物質層
４．高屈折率物質層
５．ダメージの溶け跡
６．絶縁膜
７．透明導電膜
８．抵抗計
９．絶縁膜
１０．透明導電膜
１１．抵抗計
１２．ダメージの溶け跡
１３．基板
１４．上部反射膜
１５．ダメージ検出層
１６．下部反射膜
１７．高屈折率物質層ＨｆＯ２
１８．低屈折率物質層ＳｉＯ２
１９．透明導電膜ＩＴＯ
２０．絶縁膜ＳｉＯ２
２１．透明導電膜ＩＴＯ
２２．抵抗計
２３．基板
２４．低屈折率物質層ＳｉＯ２
２５．透明導電膜ＩＴＯ
２６．低屈折率物質層ＳｉＯ２
２７．透明導電膜ＩＴＯ
２８．抵抗計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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