炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜
【課題】炭酸ガスレーザーのような高出力のレーザー照射に適する炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜を提供する。
【解決手段】光学素子１は、物理膜厚が２０７５〜２２９３ｎｍのＧｅ基板２と、Ｇｅ基板２上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層３と、第１層３上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層４と、第２層４上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層５と、第３層５上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層６と、第４層６上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層７と、第５層７上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層８と、第６層８上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層９と、を備えている。
【解決手段】光学素子１は、物理膜厚が２０７５〜２２９３ｎｍのＧｅ基板２と、Ｇｅ基板２上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層３と、第１層３上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層４と、第２層４上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層５と、第３層５上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層６と、第４層６上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層７と、第５層７上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層８と、第６層８上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層９と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＺｎＳｅレンズの両面に、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーの両方の光に対する反射防止膜を形成する光学素子が知られている。（特許文献１の請求項５に記載の発明を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１９８３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載されている光学素子は、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーの両方の光に対応するものであるため、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーのどちらかに特化して対応させた光学素子に比べると、性能が劣るのが一般的である。
【０００５】
かかる性能は、たとえば光の透過率である。ここで、炭酸ガスレーザーは、赤外線のビームを発生する非常に高出力な連続波レーザーである。また、ＹＡＧレーザーも同様に高出力なレーザーである。このような高出力なレーザーが照射される光学素子には、その照射に対する耐久性等が求められる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、炭酸ガスレーザーのような高出力のレーザー照射に適する炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子は、Ｇｅ基板と、Ｇｅ基板上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層と、第１層上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層と、第２層上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層と、第３層上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層と、第４層上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層と、第５層上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層と、第６層上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層と、を備えている。
【０００８】
ここで、基板の屈折率が４．０〜４．２であり、第１層の屈折率が１．７７〜１．８７であり、第２層の屈折率が２．０〜２．４であり、第３層の屈折率が４．０〜４．２であり、第４層の屈折率が２．０〜２．４であり、第５層の屈折率が１．２８〜１．５１であり、第６層の屈折率が２．０〜２．４であり、第７層の屈折率が１．７７〜１．８７であることが好ましい。
【０００９】
また、炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍであることが好ましい。
【００１０】
また、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる反射防止膜は、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子を構成する第１層と、第２層と、第３層と、第４層と、第５層と、第６層と、第７層と、がこの順に積層されている。
【００１２】
ここで反射防止膜は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、炭酸ガスレーザーのような高出力のレーザー照射に適する炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子の縦断面概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子を構成する各薄膜の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【図３】比較例の光学素子を構成する各薄膜の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る反射防止膜の透過率を示す図である。
【図５】比較例の反射防止膜の透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜の構成および製造法について、図面を参照しながら説明する。また、比較例となる光学素子の反射防止膜と、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子の反射防止膜の違いについても説明する。
【００１６】
（本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子（以下、光学素子１と記す。）の縦断面概要図である。光学素子１は、直径２５ｍｍ、板厚１ｍｍのＧｅからなる基板２の両方の面に後述する第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９が、それぞれ基板２側から順に第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，第７層９の順に形成されているものである。図１は、基板２の一方の面側の縦断面を示しているが、基板２の他方の面側の縦断面も図１と同様に表れる。
【００１７】
基板２および第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９について詳述する。基板２は、屈折率が４．００のＧｅからなる。そして、基板２上には、物理膜厚が２２ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる第１層３が形成されている。そして、第１層３上には、物理膜厚が２７９ｎｍで屈折率が２．３１のＺｎＳからなる第２層４が形成されている。そして、第２層４上には、物理膜厚が１６５ｎｍで屈折率が４．００のＧｅからなる第３層５が形成されている。そして、第３層５上には、物理膜厚が６１９ｎｍで屈折率が２．１２のＺｎＳからなる第４層６が形成されている。そして、第４層６上には、物理膜厚が９０６ｎｍで屈折率が１．３２のＹＦ３からなる第５層７が形成されている。そして、第５層７上には、物理膜厚が１７０ｎｍで屈折率が２．１５のＺｎＳからなる第６層８が形成されている。そして、第６層８上には、物理膜厚が２２ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる第７層９が形成されている。
【００１８】
以上の基板２および第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９を備えたものが、本発明の実施の形態に係る光学素子１となる。また、第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９が、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０となる。
【００１９】
図２は、光学素子１を構成する各要素の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【００２０】
（本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０の製造法）
第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９は、それぞれ真空蒸着によってこの順に基板２の両面に成膜・積層している。成膜の際には、真空蒸着の諸条件、たとえば蒸着時間、蒸着温度等を調整し、各薄膜を目的とする膜厚および屈折率とする。
【００２１】
（比較例の光学素子について）
比較例の光学素子は、光学素子１と同様に直径２５ｍｍ、板厚１ｍｍのＧｅからなる比較例の基板の両方の面に、それぞれ比較例の基板側から順に比較例の第１層，比較例の第２層，比較例の第３層，比較例の第４層，比較例の第５層，比較例の第６層，比較例の第７層の順に形成されているものである。比較例の光学素子の縦断面概要図は、光学素子１の場合の図１と同様に表れる。図１の基板２に相当するのが比較例の基板であり、第１層３に相当するのが比較例の第１層であり、第２層４に相当するのが比較例の第２層であり、第３層５に相当するのが比較例の第３層であり、第４層６に相当するのが比較例の第４層であり、第５層７に相当するのが比較例の第５層であり、第６層８に相当するのが比較例の第６層であり、第７層９に相当するのが比較例の第７層である。
【００２２】
図３は、比較例の光学素子を構成する各要素の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。比較例の基板と基板２、比較例の第１層と第１層３、比較例の第２層と第２層４、比較例の第３層と第３層５、比較例の第４層と第４層６、比較例の第５層と第５層７、比較例の第６層と第６層８、比較例の第７層と第７層９の物質名は光学素子１のものと同一であるが、屈折率および物理膜厚が異なっている（比較例の基板と基板２を除く）。
【００２３】
すなわち、比較例の基板は、屈折率が４．００のＧｅからなる板状の部材である。そして、比較例の基板上には、物理膜厚が１６ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる比較例の第１層が形成されている。そして、比較例の第１層上には、物理膜厚が２００ｎｍで屈折率が２．３１のＺｎＳからなる比較例の第２層が形成されている。そして、比較例の第２層上には、物理膜厚が２３８ｎｍで屈折率が４４．００のＧｅからなる比較例の第３層が形成されている。そして、比較例の第３層上には、物理膜厚が６５０ｎｍで屈折率が２．１２のＺｎＳからなる比較例の第４層が形成されている。そして、比較例の第４層上には、物理膜厚が９２０ｎｍで屈折率が１．３２のＹＦ３からなる比較例の第５層が形成されている。そして、比較例の第５層上には、物理膜厚が１５０ｎｍで屈折率が２．１５のＺｎＳからなる比較例の第６層が形成されている。そして、比較例の第６層上には、物理膜厚が１６ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる比較例の第７層が形成されている。
【００２４】
以上の比較例の基板および比較例の第１〜７層を備えたものが、比較例の光学素子となる。また、比較例の第１〜７層が、比較例の反射防止膜となる。また、比較例の第１〜７層も、本発明の実施の形態に係る第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９と同様に、真空蒸着によって成膜している。
【００２５】
（本発明の実施の形態に係る光学素子１と比較例の光学素子との性能比較）
反射防止膜１０および比較例の反射防止膜に対してフーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）を用いて、それぞれの透過率を測定した。測定する波長は、７〜１３μｍの範囲とした。この測定では、溶接、切断、穴あけ等に用いられるレーザー加工機から発せられる、赤外線のビームである高出力の炭酸ガスレーザー光を反射防止膜１０および比較例の反射防止膜に照射した場合と同等の透過率の評価を行うことができる。図４は、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０の透過率を示す図である。図５は、比較例の反射防止膜の透過率を示す図である。ここで、光学素子１または比較例の光学素子に対して炭酸ガスレーザーを照射した場合には、基板２または比較例の基板が光の殆どを透過し、一部を吸収する。具体的には、基板２または比較例の基板は、波長が８μｍより１０μｍの方の光をより吸収し、さらには波長１０μｍより１２μｍの方の光をより吸収する。そのため、光学素子１または比較例の光学素子は、その吸収分、透過率の低下が大きい。また、そのため、レーザー加工機から発せられる光を、光学素子１または比較例の光学素子に対して照射した場合の透過率は、図４および図５に示すグラフよりも約２％弱低下する。なお、レーザー加工機から発せられる光を、光学素子１または比較例の光学素子に対して照射した場合の図４および図５に相当するグラフの曲線形状は、図４および図５に示したグラフの曲線形状が概ね維持される。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０は、比較例の反射防止膜に比べ、炭酸ガスレーザー光の透過率が波長９〜１０μｍの範囲で０．５〜１％良好だった。これは、反射防止膜１０が、光吸収率が大きい物質であるＧｅからなる第３層５の厚みを、比較例の反射防止膜の比較例の第３層よりも薄くしており、反射防止膜１０全体の光吸収率が低くなったためと考えられる。また、炭酸ガスレーザー光の波長８〜１１μｍの範囲に限ると、比較例に係る反射防止膜の炭酸ガスレーザー光の透過率は、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０１の炭酸ガスレーザー光の透過率よりも０．２〜１％程度劣っていることがわかる。
【００２７】
また、図４に示すように、反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長８〜１１μｍの範囲で特に高い値を示し、略１００％に近い値が得られた。ここで、図４に示すように、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さくなっていることがわかる。なお、この図４に示す特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの存在は、光学素子１に対して炭酸ガスレーザーを照射した場合にも、図４と同様に観測される。
【００２８】
ここで、特定領域Ａは、９．２〜９．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．７〜９９．８％である。また、特定領域Ｂは、８．４〜８．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。また、特定領域Ｃは、１０．６〜１０．８μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１に対して、炭酸ガスレーザー光を長時間透過させた場合には、破損、劣化等することなく、初期の性能を長期間に渡り維持できることがわかった。
【００３０】
（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の透過率が高く、炭酸ガスレーザー光を長時間透過させても破損、劣化等することのない耐久性を有し、高出力のレーザー照射に適するものだった。特に、光学素子１は、波長９〜１０．６μｍの範囲で透過率９８％以上（図示省略）を示し、レーザー加工機に用いられる炭酸ガスレーザー光を透過させる用途に適するものだった。
【００３１】
また、仮に基板２のみに対して、波長８〜１１μｍの範囲の炭酸ガスレーザー光を照射すると、その透過率は約４６％である。一方、光学素子１に対して波長８〜１１μｍの範囲の炭酸ガスレーザー光を照射すると、その透過率は９７％を超える。そのため、反射防止膜１０が、炭酸ガスレーザー光の反射の抑制に大きく寄与していることがわかる。
【００３２】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍの範囲で特に透過率の高いという性能を得ることができた。特に、多くのレーザー加工機に用いられている波長１０．６μｍでは、反射防止膜１０の透過率が９９．９％と極めて高い値が得られている。
【００３３】
また、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０およびそれを用いた光学素子１は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さい。このように、透過率の高い２つの特定領域Ｂ，Ｃを存在させることによって、その特定領域Ｂ，Ｃの間の特定領域Ａの透過率も引き上げることができ、広い波長領域の炭酸ガスレーザー光の透過に適した反射防止膜１０およびそれを用いた光学素子１を提供できる。
【００３４】
（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る光学素子１は、板状の基板２の両面に、第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９がそれぞれ形成されている。基板２上には、物理膜厚が２２ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層３が形成され、第１層３上には、物理膜厚が２７９ｎｍのＺｎＳからなる第２層４が形成され、第２層４上には、物理膜厚が１６５ｎｍのＧｅからなる第３層５が形成され、第３層５上には、物理膜厚が６１９ｎｍのＺｎＳからなる第４層６が形成され、第４層６上には、物理膜厚が９０６ｎｍのＹＦ３からなる第５層７が形成され、第５層７上には、物理膜厚が１７０ｎｍのＺｎＳからなる第６層８が形成され、第６層８上には、物理膜厚が２２ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層９が形成されている。
【００３６】
しかし、第１層３は、物理膜厚が２１〜２３ｎｍの範囲であれば良い。また、第２層４は、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍの範囲であれば良い。また、第３層５は、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍの範囲であれば良い。また、第４層６は、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍの範囲であれば良い。また、第５層７は、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍの範囲であれば良い。また、第６層８は、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍの範囲であれば良い。また、第７層９は、物理膜厚が２１〜２３ｎｍの範囲であれば良い。
【００３７】
これらの範囲であれば、光学素子１および反射防止膜１０と同等の高透過率および高耐久性の光学素子および反射防止膜を得ることができる。以下、光学素子１を構成する各要素である基板２，第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９というときには、それぞれ、これらの物理膜厚の範囲内のいずれか一つを指すものとする。また、光学素子１または反射防止膜１０というときには、その各要素について、これらの範囲内のいずれか一つを組み合わせたものを指すものとする。
【００３８】
また、基板２は、直径２５ｍｍのものを使用しているが、基板２の直径寸法は適宜変更できる。たとえば直径１ｍｍ〜３０ｃｍ、具体的には直径３０ｃｍ、１５ｃｍ、７ｃｍ、５ｃｍ、３ｃｍ、２ｃｍ、１ｃｍ等の寸法とすることができる。同様に、基板２は、板厚が１ｍｍのものを使用しているが、基板２の厚み寸法は適宜変更できる。たとえば厚み０．５ｍｍ〜３ｃｍ、具体的には０．５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ等の寸法とすることができる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１は、基板２の屈折率が４．００であり、第１層３の屈折率が１．７７であり、第２層４の屈折率が２．３１であり、第３層５の屈折率が４．００であり、第４層６の屈折率が２．１２であり、第５層７の屈折率が１．３２であり、第６層８の屈折率が２．１５であり、第７層９の屈折率が１．７７である。
【００４０】
しかし、基板２の屈折率が４．０〜４．２の範囲であれば好ましい。第１層３の屈折率は１．７７〜１．８７の範囲（１．７９等）であれば好ましい。また、第２層４の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第３層５の屈折率は４．０〜４．２の範囲であれば好ましい。また、第４層６の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第５層７の屈折率は１．２８〜１．５１の範囲（１．３２、１．３７等）であれば好ましい。また、第６層８の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第７層９の屈折率は１．７７〜１．８７の範囲（１．７９等）であれば好ましい。
【００４１】
これらの屈折率の範囲を外れる場合であっても、基板２および各層の物理膜厚が上述の範囲を満たしていれば、光学素子１と略同等の高透過率および高耐久性の光学素子を得ることができる。しかし、これらの屈折率の範囲を満たしている方が、より良好な高透過率および高耐久性の光学素子を得ることができる。以下、光学素子１を構成する各要素である、基板２，第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９というときには、それぞれ、これらの屈折率の範囲内のいずれか一つを指すものとする。また、光学素子１または反射防止膜１０というときには、その各要素について、これらの屈折率の範囲内のいずれか一つを組み合わせたものを指すものとする。
【００４２】
たとえば、基板２および各層の屈折率を好適なものとした例は、基板２の屈折率を４．１０とし、第１層３の屈折率を１．８２とし、第２層４の屈折率を２．２０とし、第３層５の屈折率を４．１０とし、第４層６の屈折率を２．２０とし、第５層７の屈折率を１．４０とし、第６層８の屈折率を２．２０とし、第７層９の屈折率を１．８２としたものである。
【００４３】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、透過する炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍの範囲で良好な高透過率が得られるものである。しかし、８μｍ未満の波長、１１μｍを超える波長の炭酸ガスレーザー光を透過する用途にも用いることができる。８μｍ未満の波長、１１μｍを超える波長の炭酸ガスレーザー光を透過する光学素子は、各層の厚みまたは屈折率を上述の範囲で光学素子１および反射防止膜１０とは変えることが好ましい。なお、光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザーの主波長帯である９．４〜１０．６μｍの範囲にて非常に良好な高透過率および高耐久性を示している。
【００４４】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さくなっている。
【００４５】
しかし、このような特定領域Ａ，Ｂ，Ｃは、特に必要ない。たとえば、特定領域Ｂ，Ｃのような透過率の極大値領域を波長８〜１１μｍの範囲で一つのみ有するようにしても良い。ただし、このような透過率の極大値領域を一つのみ有する光学素子および反射防止膜は、広い波長に渡って高い透過率が得られ難い。逆に、特定領域Ｂ，Ｃのような透過率の極大値領域を波長８〜１１μｍの範囲で３つ、４つ、５つまたは６つ有するようにしても良い。このように波長８〜１１μｍの範囲で３つ以上の透過率の極大値領域を有する光学素子および反射防止膜は、より広い波長に渡って高い透過率が得られる。
【００４６】
また、特定領域Ａは、９．２〜９．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．７〜９９．８％である。また、特定領域Ｂは、８．４〜８．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。また、特定領域Ｃは、１０．６〜１０．８μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。
【００４７】
しかし、特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの波長の範囲は、これら以外の値であっても良い。特定領域Ａは、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内のものであっても良い。また、特定領域Ｂは、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が７μｍを超え８μｍ以下の範囲内のものであっても良い。また、特定領域Ｃは、炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１１μｍ以下の範囲内のものであっても良い。
【００４８】
また、特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの透過率も、これら以外の値であっても良い。特定領域Ａの透過率は、たとえば９９．４〜９９．６％であっても良い。特定領域Ｂの透過率は、たとえば９９．７〜９９．８％であっても良い。特定領域Ｃの透過率は、たとえば９９．５〜９９．７％であっても良い。
【００４９】
また、図４に示すように、波長８〜１１μｍの範囲では、透過率の極小値領域である特定領域Ａが、透過率の極大値領域である特定領域Ｂ，Ｃに挟まれている。しかし、波長８〜１１μｍの範囲で、透過率の極大値領域が透過率の極小値領域に挟まれるようにしても良い。また、波長８〜１１μｍの範囲で、透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の数を同数としても良い。このように、透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の数の調整、および透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の出現する波長領域の調整は、反射防止膜１０を構成する各層の厚み、屈折率の調節等によって可能となる。
【００５０】
また、光学素子１は、基板２の両面に反射防止膜１０を形成（成膜）している。しかし、用途によって、レーザー光の透過率低下が問題にならない場合などは、基板２の炭酸ガスレーザー光が照射される側の面にのみ、あるいはその逆側の面にのみに反射防止膜１０を形成するようにしても良い。このようにすると、若干炭酸ガスレーザー光の透過率が低下するが、その低下の度合いは許容できる範囲である。
【００５１】
本実施の形態では、反射防止膜１０を構成する第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９を形成（成膜）するのに、真空蒸着法を採用した。しかし、真空蒸着法に代えてイオンアシスト蒸着法等を採用することができる。
【００５２】
本実施の形態では、光学素子１にレーザー加工機から発せられる炭酸ガスレーザー光を透過させ、良好な高透過率および高耐久性を得た。しかし、光学素子１は、レーザーメスのような医療分野で用いられる炭酸ガスレーザー光を透過させた場合にも良好な高透過率および高耐久性が得られる。
【００５３】
また、光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光を透過させる用途の他、センサー、監視カメラ等の赤外線を用いる光学部品としても利用できる。このセンサー、監視カメラ等の赤外線を用いる光学部品については、光の波長８〜１２μｍの広帯域で良好な透過率を得ることができる。
【００５４】
また、光学素子１は、基板２にＧｅを用いている。しかし、Ｇｅに代えてたとえばＳｉ、ＺｎＳｅまたはカルゴゲナイドガラス等を基板の材質として採用できる。これらの基板の材質は、反射防止膜が用いられる光学素子の用途によって変更することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光学素子（炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子）
２ 基板
３ 第１層
４ 第２層
５ 第３層
６ 第４層
７ 第５層
８ 第６層
９ 第７層
１０ 反射防止膜
Ａ 炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域
Ｂ 炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域
Ｃ 炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＺｎＳｅレンズの両面に、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーの両方の光に対する反射防止膜を形成する光学素子が知られている。（特許文献１の請求項５に記載の発明を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１９８３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載されている光学素子は、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーの両方の光に対応するものであるため、炭酸ガスレ−ザーとＹＡＧレーザーのどちらかに特化して対応させた光学素子に比べると、性能が劣るのが一般的である。
【０００５】
かかる性能は、たとえば光の透過率である。ここで、炭酸ガスレーザーは、赤外線のビームを発生する非常に高出力な連続波レーザーである。また、ＹＡＧレーザーも同様に高出力なレーザーである。このような高出力なレーザーが照射される光学素子には、その照射に対する耐久性等が求められる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、炭酸ガスレーザーのような高出力のレーザー照射に適する炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子は、Ｇｅ基板と、Ｇｅ基板上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層と、第１層上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層と、第２層上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層と、第３層上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層と、第４層上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層と、第５層上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層と、第６層上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層と、を備えている。
【０００８】
ここで、基板の屈折率が４．０〜４．２であり、第１層の屈折率が１．７７〜１．８７であり、第２層の屈折率が２．０〜２．４であり、第３層の屈折率が４．０〜４．２であり、第４層の屈折率が２．０〜２．４であり、第５層の屈折率が１．２８〜１．５１であり、第６層の屈折率が２．０〜２．４であり、第７層の屈折率が１．７７〜１．８７であることが好ましい。
【０００９】
また、炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍであることが好ましい。
【００１０】
また、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる反射防止膜は、本発明の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子を構成する第１層と、第２層と、第３層と、第４層と、第５層と、第６層と、第７層と、がこの順に積層されている。
【００１２】
ここで反射防止膜は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、炭酸ガスレーザーのような高出力のレーザー照射に適する炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子の縦断面概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子を構成する各薄膜の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【図３】比較例の光学素子を構成する各薄膜の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る反射防止膜の透過率を示す図である。
【図５】比較例の反射防止膜の透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜の構成および製造法について、図面を参照しながら説明する。また、比較例となる光学素子の反射防止膜と、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子の反射防止膜の違いについても説明する。
【００１６】
（本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子および反射防止膜の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子（以下、光学素子１と記す。）の縦断面概要図である。光学素子１は、直径２５ｍｍ、板厚１ｍｍのＧｅからなる基板２の両方の面に後述する第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９が、それぞれ基板２側から順に第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，第７層９の順に形成されているものである。図１は、基板２の一方の面側の縦断面を示しているが、基板２の他方の面側の縦断面も図１と同様に表れる。
【００１７】
基板２および第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９について詳述する。基板２は、屈折率が４．００のＧｅからなる。そして、基板２上には、物理膜厚が２２ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる第１層３が形成されている。そして、第１層３上には、物理膜厚が２７９ｎｍで屈折率が２．３１のＺｎＳからなる第２層４が形成されている。そして、第２層４上には、物理膜厚が１６５ｎｍで屈折率が４．００のＧｅからなる第３層５が形成されている。そして、第３層５上には、物理膜厚が６１９ｎｍで屈折率が２．１２のＺｎＳからなる第４層６が形成されている。そして、第４層６上には、物理膜厚が９０６ｎｍで屈折率が１．３２のＹＦ３からなる第５層７が形成されている。そして、第５層７上には、物理膜厚が１７０ｎｍで屈折率が２．１５のＺｎＳからなる第６層８が形成されている。そして、第６層８上には、物理膜厚が２２ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる第７層９が形成されている。
【００１８】
以上の基板２および第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９を備えたものが、本発明の実施の形態に係る光学素子１となる。また、第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９が、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０となる。
【００１９】
図２は、光学素子１を構成する各要素の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。
【００２０】
（本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０の製造法）
第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９は、それぞれ真空蒸着によってこの順に基板２の両面に成膜・積層している。成膜の際には、真空蒸着の諸条件、たとえば蒸着時間、蒸着温度等を調整し、各薄膜を目的とする膜厚および屈折率とする。
【００２１】
（比較例の光学素子について）
比較例の光学素子は、光学素子１と同様に直径２５ｍｍ、板厚１ｍｍのＧｅからなる比較例の基板の両方の面に、それぞれ比較例の基板側から順に比較例の第１層，比較例の第２層，比較例の第３層，比較例の第４層，比較例の第５層，比較例の第６層，比較例の第７層の順に形成されているものである。比較例の光学素子の縦断面概要図は、光学素子１の場合の図１と同様に表れる。図１の基板２に相当するのが比較例の基板であり、第１層３に相当するのが比較例の第１層であり、第２層４に相当するのが比較例の第２層であり、第３層５に相当するのが比較例の第３層であり、第４層６に相当するのが比較例の第４層であり、第５層７に相当するのが比較例の第５層であり、第６層８に相当するのが比較例の第６層であり、第７層９に相当するのが比較例の第７層である。
【００２２】
図３は、比較例の光学素子を構成する各要素の物質名、屈折率および物理膜厚を表として示す図である。比較例の基板と基板２、比較例の第１層と第１層３、比較例の第２層と第２層４、比較例の第３層と第３層５、比較例の第４層と第４層６、比較例の第５層と第５層７、比較例の第６層と第６層８、比較例の第７層と第７層９の物質名は光学素子１のものと同一であるが、屈折率および物理膜厚が異なっている（比較例の基板と基板２を除く）。
【００２３】
すなわち、比較例の基板は、屈折率が４．００のＧｅからなる板状の部材である。そして、比較例の基板上には、物理膜厚が１６ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる比較例の第１層が形成されている。そして、比較例の第１層上には、物理膜厚が２００ｎｍで屈折率が２．３１のＺｎＳからなる比較例の第２層が形成されている。そして、比較例の第２層上には、物理膜厚が２３８ｎｍで屈折率が４４．００のＧｅからなる比較例の第３層が形成されている。そして、比較例の第３層上には、物理膜厚が６５０ｎｍで屈折率が２．１２のＺｎＳからなる比較例の第４層が形成されている。そして、比較例の第４層上には、物理膜厚が９２０ｎｍで屈折率が１．３２のＹＦ３からなる比較例の第５層が形成されている。そして、比較例の第５層上には、物理膜厚が１５０ｎｍで屈折率が２．１５のＺｎＳからなる比較例の第６層が形成されている。そして、比較例の第６層上には、物理膜厚が１６ｎｍで屈折率が１．７７のＹ２Ｏ３からなる比較例の第７層が形成されている。
【００２４】
以上の比較例の基板および比較例の第１〜７層を備えたものが、比較例の光学素子となる。また、比較例の第１〜７層が、比較例の反射防止膜となる。また、比較例の第１〜７層も、本発明の実施の形態に係る第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９と同様に、真空蒸着によって成膜している。
【００２５】
（本発明の実施の形態に係る光学素子１と比較例の光学素子との性能比較）
反射防止膜１０および比較例の反射防止膜に対してフーリエ変換型赤外分光装置（ＦＴ−ＩＲ）を用いて、それぞれの透過率を測定した。測定する波長は、７〜１３μｍの範囲とした。この測定では、溶接、切断、穴あけ等に用いられるレーザー加工機から発せられる、赤外線のビームである高出力の炭酸ガスレーザー光を反射防止膜１０および比較例の反射防止膜に照射した場合と同等の透過率の評価を行うことができる。図４は、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０の透過率を示す図である。図５は、比較例の反射防止膜の透過率を示す図である。ここで、光学素子１または比較例の光学素子に対して炭酸ガスレーザーを照射した場合には、基板２または比較例の基板が光の殆どを透過し、一部を吸収する。具体的には、基板２または比較例の基板は、波長が８μｍより１０μｍの方の光をより吸収し、さらには波長１０μｍより１２μｍの方の光をより吸収する。そのため、光学素子１または比較例の光学素子は、その吸収分、透過率の低下が大きい。また、そのため、レーザー加工機から発せられる光を、光学素子１または比較例の光学素子に対して照射した場合の透過率は、図４および図５に示すグラフよりも約２％弱低下する。なお、レーザー加工機から発せられる光を、光学素子１または比較例の光学素子に対して照射した場合の図４および図５に相当するグラフの曲線形状は、図４および図５に示したグラフの曲線形状が概ね維持される。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０は、比較例の反射防止膜に比べ、炭酸ガスレーザー光の透過率が波長９〜１０μｍの範囲で０．５〜１％良好だった。これは、反射防止膜１０が、光吸収率が大きい物質であるＧｅからなる第３層５の厚みを、比較例の反射防止膜の比較例の第３層よりも薄くしており、反射防止膜１０全体の光吸収率が低くなったためと考えられる。また、炭酸ガスレーザー光の波長８〜１１μｍの範囲に限ると、比較例に係る反射防止膜の炭酸ガスレーザー光の透過率は、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０１の炭酸ガスレーザー光の透過率よりも０．２〜１％程度劣っていることがわかる。
【００２７】
また、図４に示すように、反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長８〜１１μｍの範囲で特に高い値を示し、略１００％に近い値が得られた。ここで、図４に示すように、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さくなっていることがわかる。なお、この図４に示す特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの存在は、光学素子１に対して炭酸ガスレーザーを照射した場合にも、図４と同様に観測される。
【００２８】
ここで、特定領域Ａは、９．２〜９．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．７〜９９．８％である。また、特定領域Ｂは、８．４〜８．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。また、特定領域Ｃは、１０．６〜１０．８μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１に対して、炭酸ガスレーザー光を長時間透過させた場合には、破損、劣化等することなく、初期の性能を長期間に渡り維持できることがわかった。
【００３０】
（本発明の実施の形態によって得られる主な効果）
本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の透過率が高く、炭酸ガスレーザー光を長時間透過させても破損、劣化等することのない耐久性を有し、高出力のレーザー照射に適するものだった。特に、光学素子１は、波長９〜１０．６μｍの範囲で透過率９８％以上（図示省略）を示し、レーザー加工機に用いられる炭酸ガスレーザー光を透過させる用途に適するものだった。
【００３１】
また、仮に基板２のみに対して、波長８〜１１μｍの範囲の炭酸ガスレーザー光を照射すると、その透過率は約４６％である。一方、光学素子１に対して波長８〜１１μｍの範囲の炭酸ガスレーザー光を照射すると、その透過率は９７％を超える。そのため、反射防止膜１０が、炭酸ガスレーザー光の反射の抑制に大きく寄与していることがわかる。
【００３２】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍの範囲で特に透過率の高いという性能を得ることができた。特に、多くのレーザー加工機に用いられている波長１０．６μｍでは、反射防止膜１０の透過率が９９．９％と極めて高い値が得られている。
【００３３】
また、本発明の実施の形態に係る反射防止膜１０およびそれを用いた光学素子１は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さい。このように、透過率の高い２つの特定領域Ｂ，Ｃを存在させることによって、その特定領域Ｂ，Ｃの間の特定領域Ａの透過率も引き上げることができ、広い波長領域の炭酸ガスレーザー光の透過に適した反射防止膜１０およびそれを用いた光学素子１を提供できる。
【００３４】
（他の形態）
上述した本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る光学素子１は、板状の基板２の両面に、第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９がそれぞれ形成されている。基板２上には、物理膜厚が２２ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層３が形成され、第１層３上には、物理膜厚が２７９ｎｍのＺｎＳからなる第２層４が形成され、第２層４上には、物理膜厚が１６５ｎｍのＧｅからなる第３層５が形成され、第３層５上には、物理膜厚が６１９ｎｍのＺｎＳからなる第４層６が形成され、第４層６上には、物理膜厚が９０６ｎｍのＹＦ３からなる第５層７が形成され、第５層７上には、物理膜厚が１７０ｎｍのＺｎＳからなる第６層８が形成され、第６層８上には、物理膜厚が２２ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層９が形成されている。
【００３６】
しかし、第１層３は、物理膜厚が２１〜２３ｎｍの範囲であれば良い。また、第２層４は、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍの範囲であれば良い。また、第３層５は、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍの範囲であれば良い。また、第４層６は、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍの範囲であれば良い。また、第５層７は、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍの範囲であれば良い。また、第６層８は、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍの範囲であれば良い。また、第７層９は、物理膜厚が２１〜２３ｎｍの範囲であれば良い。
【００３７】
これらの範囲であれば、光学素子１および反射防止膜１０と同等の高透過率および高耐久性の光学素子および反射防止膜を得ることができる。以下、光学素子１を構成する各要素である基板２，第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９というときには、それぞれ、これらの物理膜厚の範囲内のいずれか一つを指すものとする。また、光学素子１または反射防止膜１０というときには、その各要素について、これらの範囲内のいずれか一つを組み合わせたものを指すものとする。
【００３８】
また、基板２は、直径２５ｍｍのものを使用しているが、基板２の直径寸法は適宜変更できる。たとえば直径１ｍｍ〜３０ｃｍ、具体的には直径３０ｃｍ、１５ｃｍ、７ｃｍ、５ｃｍ、３ｃｍ、２ｃｍ、１ｃｍ等の寸法とすることができる。同様に、基板２は、板厚が１ｍｍのものを使用しているが、基板２の厚み寸法は適宜変更できる。たとえば厚み０．５ｍｍ〜３ｃｍ、具体的には０．５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ等の寸法とすることができる。
【００３９】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１は、基板２の屈折率が４．００であり、第１層３の屈折率が１．７７であり、第２層４の屈折率が２．３１であり、第３層５の屈折率が４．００であり、第４層６の屈折率が２．１２であり、第５層７の屈折率が１．３２であり、第６層８の屈折率が２．１５であり、第７層９の屈折率が１．７７である。
【００４０】
しかし、基板２の屈折率が４．０〜４．２の範囲であれば好ましい。第１層３の屈折率は１．７７〜１．８７の範囲（１．７９等）であれば好ましい。また、第２層４の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第３層５の屈折率は４．０〜４．２の範囲であれば好ましい。また、第４層６の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第５層７の屈折率は１．２８〜１．５１の範囲（１．３２、１．３７等）であれば好ましい。また、第６層８の屈折率は２．０〜２．４の範囲（２．１５、２．２、２．３等）であれば好ましい。また、第７層９の屈折率は１．７７〜１．８７の範囲（１．７９等）であれば好ましい。
【００４１】
これらの屈折率の範囲を外れる場合であっても、基板２および各層の物理膜厚が上述の範囲を満たしていれば、光学素子１と略同等の高透過率および高耐久性の光学素子を得ることができる。しかし、これらの屈折率の範囲を満たしている方が、より良好な高透過率および高耐久性の光学素子を得ることができる。以下、光学素子１を構成する各要素である、基板２，第１層３，第２層４，第３層５，第４層６，第５層７，第６層８，および第７層９というときには、それぞれ、これらの屈折率の範囲内のいずれか一つを指すものとする。また、光学素子１または反射防止膜１０というときには、その各要素について、これらの屈折率の範囲内のいずれか一つを組み合わせたものを指すものとする。
【００４２】
たとえば、基板２および各層の屈折率を好適なものとした例は、基板２の屈折率を４．１０とし、第１層３の屈折率を１．８２とし、第２層４の屈折率を２．２０とし、第３層５の屈折率を４．１０とし、第４層６の屈折率を２．２０とし、第５層７の屈折率を１．４０とし、第６層８の屈折率を２．２０とし、第７層９の屈折率を１．８２としたものである。
【００４３】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、透過する炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍの範囲で良好な高透過率が得られるものである。しかし、８μｍ未満の波長、１１μｍを超える波長の炭酸ガスレーザー光を透過する用途にも用いることができる。８μｍ未満の波長、１１μｍを超える波長の炭酸ガスレーザー光を透過する光学素子は、各層の厚みまたは屈折率を上述の範囲で光学素子１および反射防止膜１０とは変えることが好ましい。なお、光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザーの主波長帯である９．４〜１０．６μｍの範囲にて非常に良好な高透過率および高耐久性を示している。
【００４４】
また、本発明の実施の形態に係る光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域Ａの透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域Ｂの透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域Ｃの透過率よりも小さくなっている。
【００４５】
しかし、このような特定領域Ａ，Ｂ，Ｃは、特に必要ない。たとえば、特定領域Ｂ，Ｃのような透過率の極大値領域を波長８〜１１μｍの範囲で一つのみ有するようにしても良い。ただし、このような透過率の極大値領域を一つのみ有する光学素子および反射防止膜は、広い波長に渡って高い透過率が得られ難い。逆に、特定領域Ｂ，Ｃのような透過率の極大値領域を波長８〜１１μｍの範囲で３つ、４つ、５つまたは６つ有するようにしても良い。このように波長８〜１１μｍの範囲で３つ以上の透過率の極大値領域を有する光学素子および反射防止膜は、より広い波長に渡って高い透過率が得られる。
【００４６】
また、特定領域Ａは、９．２〜９．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．７〜９９．８％である。また、特定領域Ｂは、８．４〜８．９μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。また、特定領域Ｃは、１０．６〜１０．８μｍの範囲の波長であり、その範囲の透過率は９９．９％である。
【００４７】
しかし、特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの波長の範囲は、これら以外の値であっても良い。特定領域Ａは、炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内のものであっても良い。また、特定領域Ｂは、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が７μｍを超え８μｍ以下の範囲内のものであっても良い。また、特定領域Ｃは、炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内のものであることが好ましいが、たとえば炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１１μｍ以下の範囲内のものであっても良い。
【００４８】
また、特定領域Ａ，Ｂ，Ｃの透過率も、これら以外の値であっても良い。特定領域Ａの透過率は、たとえば９９．４〜９９．６％であっても良い。特定領域Ｂの透過率は、たとえば９９．７〜９９．８％であっても良い。特定領域Ｃの透過率は、たとえば９９．５〜９９．７％であっても良い。
【００４９】
また、図４に示すように、波長８〜１１μｍの範囲では、透過率の極小値領域である特定領域Ａが、透過率の極大値領域である特定領域Ｂ，Ｃに挟まれている。しかし、波長８〜１１μｍの範囲で、透過率の極大値領域が透過率の極小値領域に挟まれるようにしても良い。また、波長８〜１１μｍの範囲で、透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の数を同数としても良い。このように、透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の数の調整、および透過率の極小値領域と透過率の極大値領域の出現する波長領域の調整は、反射防止膜１０を構成する各層の厚み、屈折率の調節等によって可能となる。
【００５０】
また、光学素子１は、基板２の両面に反射防止膜１０を形成（成膜）している。しかし、用途によって、レーザー光の透過率低下が問題にならない場合などは、基板２の炭酸ガスレーザー光が照射される側の面にのみ、あるいはその逆側の面にのみに反射防止膜１０を形成するようにしても良い。このようにすると、若干炭酸ガスレーザー光の透過率が低下するが、その低下の度合いは許容できる範囲である。
【００５１】
本実施の形態では、反射防止膜１０を構成する第１層３、第２層４、第３層５、第４層６、第５層７、第６層８および第７層９を形成（成膜）するのに、真空蒸着法を採用した。しかし、真空蒸着法に代えてイオンアシスト蒸着法等を採用することができる。
【００５２】
本実施の形態では、光学素子１にレーザー加工機から発せられる炭酸ガスレーザー光を透過させ、良好な高透過率および高耐久性を得た。しかし、光学素子１は、レーザーメスのような医療分野で用いられる炭酸ガスレーザー光を透過させた場合にも良好な高透過率および高耐久性が得られる。
【００５３】
また、光学素子１および反射防止膜１０は、炭酸ガスレーザー光を透過させる用途の他、センサー、監視カメラ等の赤外線を用いる光学部品としても利用できる。このセンサー、監視カメラ等の赤外線を用いる光学部品については、光の波長８〜１２μｍの広帯域で良好な透過率を得ることができる。
【００５４】
また、光学素子１は、基板２にＧｅを用いている。しかし、Ｇｅに代えてたとえばＳｉ、ＺｎＳｅまたはカルゴゲナイドガラス等を基板の材質として採用できる。これらの基板の材質は、反射防止膜が用いられる光学素子の用途によって変更することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 光学素子（炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子）
２ 基板
３ 第１層
４ 第２層
５ 第３層
６ 第４層
７ 第５層
８ 第６層
９ 第７層
１０ 反射防止膜
Ａ 炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域
Ｂ 炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域
Ｃ 炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
Ｇｅ基板と、
上記Ｇｅ基板上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層と、
上記第１層上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層と、
上記第２層上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層と、
上記第３層上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層と、
上記第４層上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層と、
上記第５層上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層と、
上記第６層上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層と、を備えたことを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
上記基板の屈折率が４．０〜４．２であり、
上記第１層の屈折率が１．７７〜１．８７であり、
上記第２層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第３層の屈折率が４．０〜４．２であり、
上記第４層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第５層の屈折率が１．２８〜１．５１であり、
上記第６層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第７層の屈折率が１．７７〜１．８７であることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
上記炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍであることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項５】
請求項１または２に記載の前記第１層と、前記第２層と、前記第３層と、前記第４層と、前記第５層と、前記第６層と、前記第７層と、がこの順に積層されていることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる反射防止膜。
【請求項６】
請求項５記載の反射防止膜において、
炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことを特徴とする反射防止膜。
【請求項１】
炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
Ｇｅ基板と、
上記Ｇｅ基板上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第１層と、
上記第１層上に形成される、物理膜厚が２６５〜２９３ｎｍのＺｎＳからなる第２層と、
上記第２層上に形成される、物理膜厚が１５７〜１７３ｎｍのＧｅからなる第３層と、
上記第３層上に形成される、物理膜厚が５８８〜６５０ｎｍのＺｎＳからなる第４層と、
上記第４層上に形成される、物理膜厚が８６１〜９５２ｎｍのＹＦ３からなる第５層と、
上記第５層上に形成される、物理膜厚が１６１〜１７８ｎｍのＺｎＳからなる第６層と、
上記第６層上に形成される、物理膜厚が２１〜２３ｎｍのＹ２Ｏ３からなる第７層と、を備えたことを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
上記基板の屈折率が４．０〜４．２であり、
上記第１層の屈折率が１．７７〜１．８７であり、
上記第２層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第３層の屈折率が４．０〜４．２であり、
上記第４層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第５層の屈折率が１．２８〜１．５１であり、
上記第６層の屈折率が２．０〜２．４であり、
上記第７層の屈折率が１．７７〜１．８７であることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
上記炭酸ガスレーザー光の波長が８〜１１μｍであることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子において、
炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる光学素子。
【請求項５】
請求項１または２に記載の前記第１層と、前記第２層と、前記第３層と、前記第４層と、前記第５層と、前記第６層と、前記第７層と、がこの順に積層されていることを特徴とする炭酸ガスレーザー光を透過させる反射防止膜。
【請求項６】
請求項５記載の反射防止膜において、
炭酸ガスレーザー光の波長が９μｍを超え１０μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率が、炭酸ガスレーザー光の波長が８μｍを超え９μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率、および炭酸ガスレーザー光の波長が１０μｍを超え１１μｍ以下の範囲内の特定領域の透過率よりも小さいことを特徴とする反射防止膜。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１５５６２（Ｐ２０１３−１５５６２Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６２６８（Ｐ２０１１−１４６２６８）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２２７３６４）日東光学株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
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