特許第6224445号(P6224445)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 浜松ホトニクス株式会社の特許一覧

<>
  • 特許6224445-光源装置 図000002
  • 特許6224445-光源装置 図000003
  • 特許6224445-光源装置 図000004
  • 特許6224445-光源装置 図000005
  • 特許6224445-光源装置 図000006
  • 特許6224445-光源装置 図000007
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6224445
(24)【登録日】2017年10月13日
(45)【発行日】2017年11月1日
(54)【発明の名称】光源装置
(51)【国際特許分類】
   H01J 65/00 20060101AFI20171023BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20171023BHJP
【FI】
   H01J65/00 Z
   F21S2/00 311
   F21S2/00 355
【請求項の数】5
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2013-253266(P2013-253266)
(22)【出願日】2013年12月6日
(65)【公開番号】特開2015-111516(P2015-111516A)
(43)【公開日】2015年6月18日
【審査請求日】2016年11月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124291
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(72)【発明者】
【氏名】浅井 昭典
【審査官】 右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】 特表2009-532829(JP,A)
【文献】 特開2010-205577(JP,A)
【文献】 米国特許第8259771(US,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01J 65/00
F21S 2/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を出射するレーザ部と、
内部空間に発光ガスが封入された発光封体と、
互いに対向するように前記内部空間に配置された対向電極と、
前記レーザ光を前記対向電極間に導光する光学系と、を備え、
前記レーザ光は、前記対向電極間を結ぶライン上からずれた位置に集光すると共に、前記ラインを含むようにレーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有する点灯可能領域を形成することを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記レーザ光の一部分の集光位置を他部分の集光位置に対して前記レーザ光の光軸方向に変化させる集光制御部を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記集光制御部は、前記レーザ光に対して透過性を有する透明媒体を前記レーザ光に対して駆動させる透明媒体駆動部を有していることを特徴とする請求項2記載の光源装置。
【請求項4】
前記透明媒体駆動部は、前記透明媒体を前記レーザ光に対して進退させることを特徴とする請求項3記載の光源装置。
【請求項5】
前記レーザ光の一部分の集光位置を他部分の集光位置に対して前記レーザ光の光軸方向に交差する方向に変化させる集光制御部を更に備えたことを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、筐体内のイオン化ガスにレーザ光を照射し、プラズマ状態を維持して紫外線を発生させる光源装置がある。例えば特許文献1に記載の光源では、ガラス製の筐体内に配置した対向電極間に給電することで電極間の放電によるプラズマを発生させ、当該プラズマに集光したレーザ光を継続して照射させることでプラズマ発光であるレーザ支持光を点灯・維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表2009−532829号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来の光源装置では、製造精度等の問題により、対向電極が必ずしも正対していない場合がある。この場合、対向電極が正対している場合に比べて、対向電極間に生じる放電経路がずれてしまう可能性が高いため、放電経路上にレーザ光を集光させて所定のエネルギーを与えることができずにレーザ支持光の点灯が失敗してしまうことがあった。このような問題に対し、レーザの集光位置や対向電極(対向電極を収容した筐体)の配置を調整することでの対応が考えられるが、微妙な調整を要することから、より簡易で確実性の高い点灯の改善が求められていた。
【0005】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な構成で、対向電極が正対していない場合であってもレーザ支持光の点灯を確実に実施できる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題の解決のため、本発明に係る光源装置は、レーザ光を出射するレーザ部と、内部空間に発光ガスが封入された発光封体と、互いに対向するように内部空間に配置された対向電極と、レーザ光を対向電極間に導光する光学系と、を備え、レーザ光は、対向電極間を結ぶライン上からずれた位置に集光すると共に、ラインを含むようにレーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有する点灯可能領域を形成することを特徴としている。
【0007】
この光源装置では、対向電極間を結ぶライン上からずれた位置にレーザ光が集光される。すなわち、この光源装置では、対向電極間を結ぶライン上には、集光位置に比べて大径のデフォーカス状態のレーザ光が照射される。そして、デフォーカス状態のレーザ光によってレーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有しつつ、集光領域に比べて大きな空間体積を有する点灯可能領域を形成する。これにより、対向電極が正対せずに対向電極間に生じる放電経路に変化があったとしても、レーザ支持光の点灯可能領域を拡大することで、対向電極間のずれの程度を考慮した微妙な調整を行うことなくレーザ支持光の点灯の確実性を向上できる。
【0008】
また、レーザ光の一部分の集光位置を他部分の集光位置に対してレーザ光の光軸方向に変化させる集光制御部を更に備えたことが好ましい。これにより、レーザ光の光軸方向に沿ってレーザの集光位置が複数形成され、レーザ支持光の点灯可能領域を確実に拡大できる。
【0009】
また、集光制御部は、レーザ光に対して透過性を有する透明媒体をレーザ光に対して駆動させる透明媒体駆動部を有していることが好ましい。この場合、透明媒体をレーザ光に対して駆動させるだけの簡単な構成で、レーザ光の光軸方向に沿ってレーザの集光位置を複数形成できる。
【0010】
また、透明媒体駆動部は、透明媒体をレーザ光に対して進退させることが好ましい。この場合、例えば透明媒体をレーザ光に対して進出させるだけの簡単な構成で、レーザ光の光軸方向に沿ってレーザの集光位置を複数形成できる。また、例えばレーザ支持光の点灯後に透明媒体をレーザ光から退避させることでレーザ光の集光位置を単一化でき、高輝度のレーザ支持光を得ることができる。
【0011】
また、レーザ光の一部分の集光位置を他部分の集光位置に対してレーザ光の光軸方向に交差する方向に変化させる集光制御部を更に備えたことが好ましい。これにより、レーザの集光位置がレーザ光の光軸をまたぐように形成され、レーザ支持光の点灯可能領域をレーザ光の光軸方向に交差する方向に延在できる。したがって、レーザ支持光の点灯の確実性を向上できる。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係る光源装置によれば、簡単な構成で、対向電極が正対していない場合であってもレーザ支持光の点灯を確実に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の第1実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。
図2】対向電極の放電領域の様子を示す図であり、(a)は対向電極が正対している場合及びレーザ光の集光の様子、(b)は対向電極が正対していない場合、(c)は本実施形態の場合及びレーザ光の集光の様子を示す。
図3】本発明の第2実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。
図4図3に示した光源装置における対向電極の放電領域へのレーザ光の集光の様子を示す図である。
図5】レーザ支持光が点灯した後の光源装置の状態を示す図である。
図6】対向電極の放電領域へのレーザ光の集光の様子の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
[第1実施形態]
【0015】
図1は、本発明の第1実施形態に係る発光封体を適用して構成される光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、光源装置1は、レーザ光Lを発生させるレーザ部2と、レーザ部2からのレーザ光Lを導光する光学系3と、互いに対向する対向電極13,13を収容する発光封体11(光源7)とを含んで構成されている。この光源装置1では、対向電極13,13の間に放電を発生させ、その放電経路pが発生する確率の高い領域である放電領域P(図2参照)にレーザ光を照射することで、光源7である発光封体11内にプラズマ発光である高輝度のレーザ支持光を発生させることができる。レーザ支持光は、例えば半導体検査用の光源や分光計測用の光として使用される。
【0016】
レーザ部2は、例えばレーザダイオードである。レーザ部2は、連続レーザ及びパルスレーザのいずれであってもよいが、本実施形態では連続レーザが用いられている。レーザ部2からは、発光ガスGの吸収スペクトルに合わせ、例えば波長980nmのレーザ光Lが連続波で出射する。レーザ光Lの出力は、デフォーカス状態のレーザ光Lがレーザ支持光を点灯可能なエネルギー(例えば30W)を有するように、各種光学条件を踏まえて十分な強度が選択されている。レーザ部2から出射したレーザ光Lは、光ファイバ4によって光学系3に導光される。光学系3は、レーザ部2からのレーザ光Lを発光封体11に向けて集光する光学系である。光学系3は、例えば2つのレンズ5,6によって構成されている。光ファイバ4のヘッド4aから出射したレーザ光Lは、レンズ5によって平行光化した後、レンズ6によって光軸LAをもって発光封体11に向けて集光する。
【0017】
発光封体11は、より具体的には、内部空間Sに発光ガスGが高圧に封入されたバルブ12と、内部空間S内で互いに対向する対向電極13,13とを含んで構成されている。バルブ12は、例えばガラスによって中空の球状に形成されている。バルブ12の内部空間Sには、発光ガスGとして例えばキセノンガスが高圧で封入されている。対向電極13,13は、例えばタングステン等の高融点金属によって棒状に形成されており、その先端側で互いに対向している。対向電極13の基端側は、バルブ12の壁部を貫通してバルブ12の外部に引き出され、図示しない電源部に接続された給電部材14にそれぞれ接続されることで、電極間放電のための電力が対向電極13,13に供給されている。なお、対向電極13,13が直接バルブ12の壁部を貫通するのではなく、対向電極13,13と電気的に接続された導電部材がバルブ12の壁部を貫通してバルブ12の外部に引き出され、給電部材14にそれぞれ接続されていてもよい。
【0018】
以上のような光源装置1では、給電部材14を介して対向電極13,13の間に高電圧を付加することにより、対向電極13,13に放電領域が形成され、放電によって内部空間S内の発光ガスGがイオン化及びプラズマ化される。この放電領域にレーザ光Lが照射されることで、高輝度のレーザ支持光が点灯し、レーザ支持光へのレーザ光Lの照射を継続させることで、対向電極13,13への電力供給が停止されても、レーザ光Lによるエネルギー供給を受けてレーザ支持光が維持される。なお、予めレーザ光Lを放電領域に集光させておき、その後、対向電極13,13間で放電領域を形成してもよい。さらに、レーザ支持光の点灯後は、対向電極13,13への給電を停止してもよく、給電を継続してもよい。
【0019】
図2は、対向電極の放電領域へのレーザ光の集光の様子を示す図である。
【0020】
図2(a)に示すように、対向電極13,13が理想的に正対しており、対向電極13,13のそれぞれの中心軸が理想の電極配置軸である理想軸Rと同軸になるように配置される場合を考える。つまり、図2(a)においては、対向電極13,13間を結ぶラインXは、理想軸R上に同軸に位置し、対向電極13,13は、互いに対向する尖頭部を有し、互いの尖頭部の先端がラインX及び理想軸R上に配置されている。そして、対向電極13,13間の放電経路pは、対向電極13,13間を結ぶラインX上に形成される可能性が最も高いが、全体として対向電極13,13の先端を含む先端周囲の所定領域間で発生する可能性があるため、放電領域Pは、理想軸Rと同軸のラインXを含んだ略円筒状の空間として規定される。
【0021】
一方、理想軸R上に設定されたレーザ光Lの集光位置Fの周囲には、レーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有する点灯可能領域Qが形成される。このように、ラインXが理想軸R上に同軸に位置する場合、放電領域Pは、理想軸Rを含む空間となり、かつ放電経路pが理想軸R上に形成される可能性が最も高くなるので、理想軸R上に形成された点灯可能領域Qを放電経路pが通過する可能性が非常に高くなる。したがって、レーザ支持光を高確率に点灯することができる。
【0022】
一方、図2(b)に示すように、対向電極13,13に位置ずれが生じ、対向電極13,13が正対していない場合、つまり、対向電極13,13の中心軸が同軸に配置されていない場合を考える。なお、図2(b)の例では、説明の容易化のため、対向電極13,13の一方(対向電極13a)が理想軸Rに同軸に配置され、対向電極13,13の他方(対向電極13b)のみが理想軸Rに対して傾斜して配置された状態としている。ただし、対向電極13,13の配置はこれに限られるものではない。
【0023】
この場合、対向電極13bの尖頭部の先端は、理想軸R上には配置されないため、対向電極13a,13bの尖頭部の先端を結ぶラインXは、図2(a)の場合とは異なり、理想軸Rと交差する。そして、対向電極13a,13b間の放電経路pは、ラインX上に形成される可能性が最も高いが、全体として対向電極13,13の先端を含む先端周囲の所定領域間で発生する可能性があるため、放電領域Pは、理想軸Rと交差するラインXを含んだ略円筒状の空間として規定される。
【0024】
このように、図2(b)の例では、放電経路p及び放電領域Pは、図2(a)と比較して変化している。かかる場合にレーザ支持光の点灯をより確実に行うためには、点灯可能領域Qが放電領域Pと重なるように、より好ましくはラインXを含むように、図2(a)の状態から集光位置F又は対向電極13,13(発光封体11)を理想軸R上から移動させる必要がある。しかしながら、実質的な調整量はわずかであることから、微妙な調整作業を要すると共に、対向電極13bのずれ方向によって調整の方向も変化するため、調整作業がさらに煩雑になってしまう可能性もある。
【0025】
これに対し、本実施形態に係る光源装置1では、図2(c)に示すように、図2(b)の対向電極13a,13bに対して、レーザ光Lの集光位置Fを対向電極13,13間を結ぶラインXよりもレーザ光Lの進行方向における前方側(図2(c)における下方側)に位置させた上で、光軸LA方向に延在する点灯可能領域Qを形成している。この点灯可能領域Qは、集光位置Fに比べて大径なデフォーカス状態においても、そのエネルギー密度がレーザ支持光を点灯可能な大きさを有するレーザ光Lによって形成されており、図2(a)及び図2(b)において、集光領域(レーザ光Lの集光位置F及びその近傍)のみに形成された点灯可能領域Qに比べて大きな空間体積を有している。
【0026】
具体的には、図2(c)の場合では、レーザ部2からのレーザ光Lが大出力化されており、集光領域においてのみレーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有する図2(a)及び図2(b)の場合に比べて、デフォーカス状態であってもレーザ支持光を点灯可能なエネルギー密度を有するため、形成された点灯可能領域Qがレーザ光Lの光軸LA方向に拡大される。さらに詳細には、この点灯可能領域Qは、ラインXを含む放電領域Pを光軸LA方向に二分するように延在している。このため、放電経路pは、確実に点灯可能領域Qを通過することとなる。また、点灯可能領域Qは、レーザ光Lの光軸LA方向に延在すると共に、光軸LAに交差する方向(レーザ光Lの断面の面内方向)にも拡大されていることから、対向電極13bのずれ方向に影響されることなく、レーザ支持光を高確率に点灯することができる。
【0027】
なお、放電領域Pを光軸LA方向に二分するように点灯可能領域Qを延在させる場合にレーザ支持光の点灯を最も確実にさせることになるが、少なくとも放電経路pが形成される可能性が最も高いラインXを横切る程度に点灯可能領域Qを延在させることで、レーザ支持光の点灯確率を十分に向上させることができる。
【0028】
このように、点灯可能領域Qがレーザ光Lの光軸LA方向に延在することで、放電経路pが点灯可能領域Qを高確率で通過することとなる。したがって、対向電極13,13が正対せず、レーザ光Lの集光位置Fが対向電極13,13間を結ぶラインX上に位置しない場合においても、レーザ支持光を確実に点灯することができる。したがって、対向電極13,13間のずれの程度を考慮した微妙な調整、例えばレーザ光Lの正確なアライメントや発光封体11の位置調整等を行わなくとも、レーザ支持光の点灯の確実性を向上できる。
【0029】
なお、対向電極13,13間の放電と、対向電極13,13間へのレーザ光Lの照射とは、いずれを先に行ってもよい。また、レーザ支持光の点灯後は、対向電極13,13の間の放電を停止する(対向電極13,13への給電を停止する)と共に、レーザ光Lの集光位置F近傍のエネルギー密度がレーザ支持光を維持可能なエネルギー密度となるレベルまでレーザ光Lの出力を低下させることが好ましい。これにより、対向電極13,13の消耗を抑制しつつ、高輝度のレーザ支持光が効率良く得られる。
【0030】
なお、図2(c)の例においては、レーザ光Lの集光位置Fは、対向電極13,13間を結ぶラインXよりもレーザ光Lの進行方向における前方側(図2(c)における下方側)に位置しているが、点灯可能領域QがラインXを含むように延在すれば、集光位置Fは、ラインXよりもレーザ光Lの進行方向における後方側(図2(c)における上方側)に位置していてもよく、また、理想軸R上に位置していてもよい。また、対向電極13,13は、尖頭部を有する形状に限らず、その対向面が平坦面からなるものであってもよい。この場合には、平坦面の中心同士を結んでラインXとすればよい。
[第2実施形態]
【0031】
図3は、本発明の第2実施形態に係る光源装置の概略を示す図である。同図に示すように、第2実施形態に係る光源装置21は、レーザ光Lの一部分の集光位置を他部分の集光位置に対してレーザ光Lの光軸LA方向に変化させる集光制御部22を備えている点で第1実施形態と異なっている。より具体的には、集光制御部22は、レーザ光Lに対して透過性を有する透明媒体23と、透明媒体23を駆動し、レーザ光Lに対して進退させるアクチュエータ(透明媒体駆動部)24とによって構成されている。
【0032】
透明媒体23は、例えば合成石英ガラスによって形成され、連続レーザ光Lの光軸LA方向の厚さ(レーザ光Lが透過する長さ)が略均一な厚さ1mm〜2mm程度の板状をなしている。透明媒体23の基端側は、アクチュエータ24に固定されており、透明媒体23は、アクチュエータ24の駆動によってレーザ光Lの光軸LAに略直交する方向に駆動するようになっている。アクチュエータ24は、レーザ光Lによってレーザ支持光の点灯を行う際、図3に示すように、光学系3、より詳細には、レンズ6と発光封体11との間のレーザ光路上において、レーザ光Lの略半分のみが透明媒体23を通るように、つまり、光軸LAと垂直な方向におけるレーザ光Lの断面において、当該断面の略半分の領域を覆うように、透明媒体23の先端側をレーザ光Lに対して進出させる。
【0033】
透明媒体23の進出により、レーザ光Lは、透明媒体23を通過しない成分と通過する成分とを有することとなり、それぞれの成分において焦点位置が変化する。つまり、レーザ光Lは、光軸LA上に2つの集光位置Fa,Fbを有することとなり、透明媒体23を通る成分の集光位置Faは、透明媒体23を通らない成分の集光位置Fbに比べて、レーザ光Lの進行方向の前方側(図3における下方側)に位置するようになる。この状態では、図4に示すように、2つの集光位置Fa,Fbを含むように、デフォーカス状態で形成された点灯可能領域Qをレーザ光Lの光軸方向に延在させることができる。
【0034】
このように、透明媒体23によって2つの集光位置Fa,Fbを形成することで、点灯可能領域Qをレーザ光Lの光軸LA方向に延在することができるため、放電経路pが点灯可能領域Qを高確率に通過することとなる。これにより、対向電極13,13が正対せず、レーザ光Lの集光位置Fが対向電極13,13間を結ぶラインX上にない場合においても、レーザ支持光をより確実に点灯することができる。したがって、対向電極13,13間のずれの程度を考慮した微妙な調整、例えばレーザ光Lの正確なアライメントや発光封体11の位置調整等を行わなくとも、レーザ支持光の点灯の確実性を向上できる。
【0035】
レーザ支持光の点灯後は、図5に示すように、アクチュエータ24の駆動によって透明媒体23をレーザ光Lから退避させる。これにより、レーザ光Lの集光位置Fを単一化でき、より高輝度のレーザ支持光を得ることができる。さらに、透明媒体23でのレーザエネルギーの吸収が無くなるので、より効率良くレーザ支持光を得ることができる。なお、透明媒体23をレーザ光Lに進出させた状態で複数の集光位置を形成し、透明媒体23をレーザ光Lから退避させた状態で集光位置を単一化させてもよい。また、透明媒体23の進退に限られず、連続レーザ光Lの光軸LA方向の厚さ(レーザ光Lが透過する長さ)の連続的又は断続的な変化や異種材料の組み合わせ等により透過条件の異なる領域を有する透明媒体を用い、当該透明媒体に対するレーザ光Lの入射位置を変えて集光位置を変化させてもよい。さらに、透明媒体の駆動ではなく、空間光変調素子といった光変調素子を用いて集光位置を制御してもよい。
【0036】
また、上記実施形態では、集光制御部22は、レーザ光Lの一部分の集光位置Fを他部分の集光位置Fに対してレーザ光Lの光軸方向に変化させ、点灯可能領域Qをレーザ光Lの光軸LA方向に延在させているが、これに限られず、レーザ光Lの一部分の集光位置Fを他部分の集光位置Fに対してレーザ光Lの光軸方向に交差する方向に変化させて、点灯可能領域Qをレーザ光Lの光軸LA方向と交差する方向に延在させてもよい。この場合、例えば集光制御部22として空間光変調素子といった光変調素子を用い、図6に示すように、光軸LAを挟んで対向すると共に理想軸Rをも挟んで対向する2つの集光位置Fa,Fbを形成する。これにより、レーザ光Lの光軸LA方向と交差する方向に、レーザ光Lの光軸LAをまたぐように延在する点灯可能領域Qが形成され、レーザ支持光の点灯の確実性を向上できる。
【符号の説明】
【0037】
1,21…光源装置、2…レーザ部、3…光学系、11…発光封体、13…対向電極、22…集光制御部、23…透明媒体、24…アクチュエータ(透明媒体駆動部)、F,Fa,Fb…集光位置、G…発光ガス、L…レーザ光、P…放電領域、Q…点灯可能領域、X…ライン、S…内部空間。
図1
図2
図3
図4
図5
図6