特許 6440102 レーザ駆動ランプ

(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】6440102

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】レーザ駆動ランプ

(51)【国際特許分類】

   H01J 65/04 20060101AFI20181210BHJP

   H01J 9/385 20060101ALI20181210BHJP

   H01J 61/36 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   H01J65/04 Z

   H01J9/385 B

   H01J61/36 C

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-176110(P2016-176110)

(22)【出願日】2016年9月9日

(65)【公開番号】特開2018-41674(P2018-41674A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2017年7月12日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106862

【弁理士】

【氏名又は名称】五十畑 勉男

(72)【発明者】

【氏名】朝山 淳哉

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１７５７６０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ６５／００−６５／０８

６１／３６

９／３８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ガスが封入され、レーザ光を集光入射してプラズマを生成させるレーザ駆動ランプであって、
前記レーザ駆動ランプは、
凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に金属製の窓取付け筒体を介して取り付けられた、共に透光性の結晶材からなる光入射窓及び光出射窓とからなり、
前記胴体部の前記凹面反射面の中心には光軸方向にレーザ光通過孔が形成されてなり、
前記胴体部、前記光入射窓および前記光出射窓により密閉空間を形成し、該密閉空間内に前記発光ガスが封入されてなるとともに、
前記窓取付け筒体には、前記密閉空間内に連通して、前記密閉空間内を真空引きし、前記発光ガスを封入するための、端部が封止された排気管が取り付けられている、
ことを特徴とするレーザ駆動ランプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、レーザ駆動ランプに関するものであり、特に、ランプ本体と反射鏡が一体となったレーザ駆動ランプに係わるものである。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体、液晶基板およびカラーフィルタ等の被処理物の製造工程においては、より出力の大きな紫外線光源が求められている。そしてこのような紫外線光源として、従来の高圧放電ランプに代えて、レーザにより放電空間にエネルギーを投入し、発光ガスを励起して紫外線放射を得る技術が提案されている。特開２０１０−１７０１１２号公報（特許文献１）がその一例である。

【0003】

特許文献１に開示された従来技術では、図５に示すように、プラズマ発生容器２０が、石英ガラス製の発光部２１と封止部２２とからなり、発光部２１には発光物質として、例えば、水銀とキセノンが封入されている。
この例では、プラズマ発生容器２０は、無電極プラズマ発生容器である。楕円反射鏡３０の一方の焦点Ｆ１にプラズマ発生容器２０が配置される。一方、楕円反射鏡３０の外部には、レーザ光発生器４０が設けられ、レーザ光発生器４０から、例えば、パルスレーザ又はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザからなるレーザ光がプラズマ発生容器２０に導入される。
レーザ光発生器４０から出射したレーザ光は、平面鏡５０の窓部５１を介して導入され、この窓部５１とプラズマ発生容器２０との間に配置された集光レンズ６０によって集光されてプラズマ発生容器２０に照射される。レーザ光を集光することにより、集光点Ｆ１でエネルギー密度を高めることができ、発光物質を励起させ、放射光（紫外光）を発生させることができる。放射光は楕円反射鏡３０で反射され、被照射物側に反射する。

【0004】

このような従来のレーザ駆動ランプでは、プラズマ容器の材料として石英ガラスが使用されているが、プラズマからの高出力のＵＶ光及びＶＵＶ光の照射を受け、プラズマ容器には紫外線ひずみが生じ易いという問題がある。
こうした紫外線ひずみが蓄積するとやがてガラス表面にクラックが入り、そこが起点となって、ランプが破損する危惧がある。
これを回避すべく、プラズマ発生容器として水晶、サファイアなどの結晶材を使用すれば紫外線ひずみは低減できるが、結晶材で円筒形状、あるいは球状の容器を成型することは、製造上、極めて困難であって、現実的ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−１７０１１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光ガスが封入され、レーザ光を集光入射してプラズマを生成させるレーザ駆動ランプにおいて、プラズマからの高出力のＵＶ光及びＶＵＶ光の照射を受けても、プラズマ容器に紫外線ひずみが生じることがなく、しかも、入射レーザ光の立体角を大きくとれて、高密度のプラズマを発生させることのできる構造を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動ランプは、凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に窓取付け筒体を介して取り付けられた光入射窓及び光出射窓とからなり、前記胴体部、前記光出射窓および前記光入射窓により密閉空間を形成し、該密閉空間内に前記発光ガスが封入されてなり、前記密閉空間内に連通する排気管が、前記胴体部または前記窓取付け筒体に取り付けられていることを特徴とする。
また、前記窓取付け筒体は金属製であって、当該窓取付け筒体に前記排気管が取付けられていることを特徴とする。
また、前記胴体部はセラミックス製であって、当該胴体部に前記排気管が取付けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、レーザ駆動ランプを胴体部とその前後面の光出射窓と光入射窓とにより構成し、これらによって密閉空間を形成したので、胴体部の構成材料として石英ガラス以外の材料、例えば、セラミックスや金属等を使用でき、また、光入射窓や光出射窓に透光性の結晶材を使用できるので、プラズマからの高出力のＵＶ光及びＶＵＶ光の照射を受けても、紫外線ひずみが生じることがなく、より高出力で長寿命のレーザ駆動ランプを実現することができる。
また、前記密閉空間内に連通する排気管を、前記胴体部または、該胴体部に前記光入射窓および前記光出射窓を取付ける窓取付け筒体に、取付けたことにより、前記光入射窓から入射するレーザ光が排気管に遮蔽されることがなく、その立体角を大きく取れ、プラズマに投入されるエネルギー密度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例の断面図。

【図2】本発明の他の実施例の断面図。

【図3】本発明の更に他の実施例の断面図。

【図4】本発明の更に他の実施例の断面図。

【図5】従来技術の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に本発明の実施例が示されていて、レーザ駆動ランプ１は、柱状の胴体部２と、その前後面に設けられた光出射窓３と、光入射窓４とからなる。この胴体部２は、多結晶アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックス材料からなる。
そして、この胴体部２の前面側には凹面反射面５が形成されるとともに、その中心にはこれを光軸方向に貫通するレーザ光通過孔６が穿設されている。このレーザ光通過孔６は、その後端側、即ち、入射側が面取りされてテーパー部６ａが形成されている。このテーパー６ａは、集光されたレーザ光が光入射窓４を経て導入されてレーザ光通過孔６に導かれるときに、このレーザ光通過孔６の入射側で蹴られて遮断されることを防止するものである。
前記凹面反射面５は、放物線形状や楕円形状によって構成され、この実施例では放物線形状の反射面として記載されている。この凹面反射面５は、胴体部２の凹面部にアルミニウムなどが蒸着された金属蒸着膜や、あるいは、誘電体多層膜によって形成されている。

【0011】

前記凹面反射面５の前方に設けられる光出射窓３は紫外光透過性であり、後方の光入射窓４はレーザ光透過性であって、ともに水晶やサファイアなどの結晶材からなる。そして、それぞれの外周面は、例えば、モリブデンおよびマンガンの混合物からなる金属によって被覆されてメタライズ加工されている。
また、胴体部２の外周面の前後端部にも、前記光出射窓３や光入射窓４と同様にメタライズ加工が施されている。
そして、外周面がメタライズされた光出射窓３および光入射窓４は、それぞれ金属製の弾性的なリング部材１０、１２と銀ロウなどのロウ付けにより接合され、一方、胴体部２の外周面のメタライズされた前後端部にはそれぞれ金属製の窓取付け筒体１１、１３がロウ付けにより接合されている。そして、前記リング部材１０、１２と窓取付け筒体１１、１３とが、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接などにより溶接接合されている。

【0012】

このようにして組み立てられた胴体部２と、光出射窓３および光入射窓４とによってプラズマ容器が構成され、その内部には密閉空間Ｓが形成され、該密閉空間Ｓ内には発光ガスとしてキセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス等の希ガスや水銀ガスなどが所望の発光波長に合わせて封入されている。

【0013】

そして、光入射窓４の窓取付け筒体１３には、排気管１５がロウ付けして取り付けられていて、密閉空間Ｓと連通している。この排気管１５を介して密閉空間Ｓを真空引きした後に、前記発光ガスを封入し、その後に排気管１５の端部１５ａが圧接切断されて封止される。

【0014】

本発明のレーザ駆動ランプ１には、図示しないレーザ光発生器からのレーザ光Ｌが集光レンズ１４によって集光されて光入射窓４を介して導入される。このとき、レーザ光Ｌの集光点は、前記凹面反射面５の焦点位置Ｆにある。レーザ光Ｌによって焦点位置Ｆに発生するプラズマによって発光ガスが励起されて紫外光（励起光）ＥＬを発光し、この紫外光ＥＬは凹面反射面５によって反射されて、光出射窓３を介して前方に出射されるものである。

【0015】

図２には他の実施例が示されていて、この例では、排気管１５が光出射窓３の窓取付け筒体１１に取り付けられている。その他の構成は、前記図１の実施例と同様である。

【0016】

図３には更に他の実施例が示されていて、この例では、排気管１５が胴体部２に取り付けられていて、胴体部２には排気管１５を密閉空間Ｓ内に連通するための連通孔１６が形成されている。なお、排気管１５の取り付けに際しては、胴体部２の所定の取付け領域をメタライズ加工し、ここに排気管１５をロウ付けにより取り付けることができる。その他の構成は、前記図１の実施例と同様である。

【0017】

以上のように、密閉空間Ｓを真空引きし、発光ガスを封入するための排気管１５が、胴体部２または窓取付け筒体１１、１３に取り付けられているので、入射窓４から入射するレーザ光Ｌが、この排気管１５によって遮蔽されず、該排気管１５の制約を受けることなく、入射立体角を最大限に大きく取れる。そのため、プラズマに投入されるエネルギー密度を高くすることができるものである。

【0018】

なお、上記実施例においては、出射窓３および入射窓４は、いずれも弾性的なリング部材１０、１２を介して窓取付け筒体１１、１３に取り付けるものが示されているが、窓取付け枠体を介して取り付けるものであってもよい。
その一例が、図４に示されていて、入射窓４は、金属製の窓取付け枠体１７にロウ付けにより接合されていて、この金属製窓取付け枠体１７が、窓取付け筒体１３にＴＩＧ溶接やレーザ溶接などにより溶接接合される。
このような窓の取り付けは、出射窓３側においても同様の構造とすることができる。
ただ、このいずれの場合も、入射窓４側では、窓取付け枠体１７は、入射するレーザ光Ｌの最大の入射立体角を確保できる範囲の大きさであること、また、出射窓３側では、出射される紫外光（励起光）ＥＬの有効出射範囲を確保できる範囲の大きさであることが必要であることは当然のことである。

【0019】

以上説明したように、本発明のレーザ駆動光源は、凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に窓取付け筒体を介して取り付けられた光入射窓及び光出射窓とからなり、前記胴体部、前記光出射窓および前記光入射窓により密閉空間を形成し、該密閉空間内に前記発光ガスが封入されているので、プラズマからの高出力のＵＶ光及びＶＵＶ光の照射を受けても、プラズマ容器に紫外線ひずみが生じることのないという効果を奏するものである。
また、密閉空間内を真空排気し、発光ガスを封入する排気管を、レーザ光の入射位置とは別の位置に設けることで、レーザ光の入射立体角を最大限に大きく取れて、高密度のプラズマを発生することができる。

【符号の説明】

【0020】

１ レーザ駆動ランプ
２ 胴体部
３ 光出射窓
４ 光入射窓
５ 凹面反射面
６ レーザ光通過孔
６ａ テーパー部
１０ リング部材
１１ 窓取付け筒体
１２ リング部材
１３ 窓取付け筒体
１４ 集光レンズ
１５ 排気管
１５ａ 圧接端部
１６ 連通孔
１７ 窓取付け枠体
Ｆ 焦点
Ｓ 密閉空間
Ｌ レーザ光
ＥＬ 紫外光（励起光）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】