激光驱动光源的制作方法

专利名称：激光驱动光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光驱动光源。尤其涉及作为半导体、液晶基板及彩色过滤器的 曝光工艺中使用的曝光装置、数字影院用的图像投影装置、光学分析装置的光源使用的激 光驱动光源。
背景技术：
近年来，上述曝光工艺中使用的曝光装置、数字影院用的图像投影装置、及光学分 析装置等中使用的光源除了要求所需波长区域的发光强度足够以外，还要求使用寿命较长。该领域中使用的光源是在封入有水银或稀有气体(氙气)的玻璃管球内、在电极 之间产生电弧放电的类型，但因电极暴露于电弧放电中，因此难以避免变为极度的高温并 蒸发的情况。从电极蒸发的金属附着到管球内壁面，改变紫外线区域的波长透过性，因此随着 点灯时间的经过，会出现光源的发光强度和光谱逐渐改变的问题。针对这一问题现有技术中研究了各种对策。例如专利文献1的图7所示的激光驱 动光源中，从外部使激光光线聚光到石英灯泡内封入的气体，通过激光光线使石英灯泡内 封入的气体激励，从而产生等离子体，获得和封入气体的成分组成对应的光谱分布的稳定 的发光强度及发光中心位置的光源。专利文献1的激光驱动光源使激光照射到石英灯泡内封入的放电气体，激励放电 气体而生成高温等离子体，并且对该高温等离子体照射激光。但照射到高温等离子体的激光并不是全部被高温等离子体吸收，透过高温等离子 体的激光与从石英灯泡发出的光同时射出的情况变得频繁。已经可以确认，透过了高温等 离子体的激光的强度相对石英灯泡发出的光达到了无法忽略的比较高的程度。因此，可能 出现激光驱动光源的外围设备等暴露于透过了高温等离子体的激光光线而被破坏的问题。 而在上述激光驱动光源中，未研究对透过了高温等离子体的激光的对策。图13是表示专利文献2公开的、现有的激光驱动光源的基本构成的构成图。图13所示的激光驱动光源130具有激光振荡器131，振荡脉冲状的激光光线；光 学系统部件132、133，使激光为适当的形状并传送；聚光用光学系统部件134，使传送的激 光聚光到管球内的焦点；管球135，封入有氙气等稀有气体、氩气及水银蒸气等；以及反射 光学系统部件136，使透过管球135的激光再次入射到管球内。该激光驱动光源130使来自激光振荡器131的激光光线通过光学系统部件132、 133形成适当的形状，在所需的光路中传送，并通过聚光用光学系统部件134聚光，集中到 管球135内的焦点位置。在管球135的焦点上，通过激光的强电场(高能量密度)，封入气 体等离子体化，从该等离子体进行含有紫外线的光谱的放射。未用于等离子体生成的激光 入射到反射光学系统部件136，在此被反射，再次聚光到管球135内的焦点。上述激光驱动光源130在管球内不存在电极，因此通过其蒸发、溅射的影响，发光强度、光谱不变化，可实现较长寿命。此外，上述激光驱动光源130的发光中心位置在来自 外部的激光的焦点位置上确定，因此可总能保持稳定，并且不会因管球的更换而发生变化。 上述激光驱动光源130在上述各方面而言较为有利。但在图13所示的激光驱动光源130起动时，管球135内封入的水银基本不蒸发， 因此管球135内的水银蒸气压力非常低。而现有的激光驱动光源130从管球135中去除了 电极，因此无法使管球135内的水银充分蒸发，无法使管球135内的水银蒸气压力上升。因此现有的激光驱动光源130存在以下问题放出到管球135外部的水银的发光 强度极低，且聚光到管球135内的焦点的激光光线基本上未被水银蒸气吸收，而放出到管 球135的外部。但在图13所示的激光驱动光源130中，对于管球135内的水银蒸气压力较低而产 生的上述问题，没有进行任何研究。并且上述问题不限于将水银作为发光用金属封入到管 球135时，在将水银以外的其它发光用金属封入到管球135时当然也会发生。专利文献1 美国 US2007/0228300A1专利文献2 日本特开昭61-193358号公报

发明内容
因此，本发明的目的是，一种激光驱动光源，使激光光线聚光到管球内封入的放电 介质，通过激光光线激励放电介质，生成等离子体，其中，遮蔽未被管球内生成的等离子体 吸收而透过该等离子体的激光光线。并且，本发明的目的是，一种激光驱动光源，使激光光 线聚光到管球内封入的发光用金属，通过激光光线激励发光用金属，生成等离子体，其中， 使管球内的发光用金属的蒸气压力保持高状态，在管球内形成稳定的等离子体。技术方案1的发明为了解决上述课题，是一种激光驱动装置，具有封入有放电介 质的管球，通过聚光到上述管球内的激光光线在上述管球内生成等离子体，其特征在于，上 述管球内设有光线遮蔽部件，该光线遮蔽部件遮蔽透过上述管球内生成的等离子体的激光 光线。技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动光源中，上述放电介 质是金属，上述光线遮蔽部件吸收透过上述管球内生成的等离子体的激光光线并发热。技术方案3的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，上述光线遮 蔽部件上设有光束挡板，该光束挡板对透过上述管球内生成的等离子体的激光光线进行反 射引导并吸收。 技术方案4的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，上述光线遮 蔽部件进行了用来提高其辐射率的表面加工。技术方案5的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，上述光线遮 蔽部件上设有间距在liim 1mm范围内的凹凸部。技术方案6的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，在上述光线 遮蔽部件的、被透过上述管球内生成的等离子体的激光光线照射的表面上烧结有钨粉。技术方案7的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，上述光线遮 蔽部件由钨、钼、钽及铼中的任意一种以上的金属构成。技术方案8的发明的特征在于，在技术方案2所述的激光驱动光源中，上述管球内封入的放电介质包括水银。技术方案9的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动光源中，上述管球内 封入的放电介质包括水银及稀有气体的任意一种以上。技术方案10的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动光源中，上述光线 遮蔽部件由支持部件支持，该支持部件向上述管球内伸出地配置。技术方案11的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动装置中，上述管球 内具有彼此相对配置的一对电极。技术方案12的发明的特征在于，在技术方案11所述的激光驱动光源中，上述光线 遮蔽部件由固定在上述电极上的支持部件支持。技术方案13的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动光源中，上述光线 遮蔽部件具有反射面，该反射面反射透过上述管球内生成的等离子体的激光光线。技术方案14的发明的特征在于，在技术方案13所述的激光驱动光源中，上述光线 遮蔽部件的反射面是散射反射面。技术方案15的发明的特征在于，在技术方案13所述的激光驱动光源中，在上述管 球的外部设置光线吸收部件，该光线吸收部件吸收通过上述光线遮蔽部件的反射面反射的 激光光线。技术方案16的发明的特征在于，在技术方案1所述的激光驱动光源中，具有反射 上述等离子体射出的光线的凹面反射镜，该凹面反射镜配置为焦点位置相对上述管球内生 成的等离子体一致。技术方案17的发明的特征在于，在技术方案16所述的激光驱动光源中，上述凹面 反射镜中，在聚光到上述管球内的激光光线的光轴上设有开口，在上述凹面反射镜的开口 上配置用于使激光光线聚光到上述管球内的光学部件。本发明的激光驱动光源为了在管球内生成、保持等离子体，对管球内封入的放电 介质照射激光光线，由于在管球内设置激光光线遮蔽部件，因此可切实遮蔽未被管球内生 成的等离子体吸收而透过该等离子体的激光光线，所以不会发生激光驱动光源的外围设备 等暴露于透过管球内的等离子体的激光光线而被破坏的问题。进一步，本发明的激光驱动光源在管球内设置光线遮蔽部件，用于将透过了在管 球的焦点上生成的等离子体的激光光线吸收并发热，因此当管球内封入的放电介质是金属 时，可获得以下效果。吸收激光光线并发热的光线遮蔽部件根据普朗克法则向管球放射红外 远红外 的波长区域的光，辐射加热管球，使管球高温化，并使管球内封入的金属的蒸气压力上升。 在该状态的管球内，通过管球内聚光的激光光线，金属切实被激励，在管球内的焦点位置生 成稳定的等离子体。因此，根据本发明的激光驱动光源，可以较高水准使管球内生成的等离 子体放出的光的输出稳定。


图1是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的基本构成的图。图2是放大表示图1所示的激光驱动光源的管球的图。图3是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的变形例的图。
图4是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的变形例的图。图5是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的变形例的图。图6是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的变形例的图。图7是表示本发明的第2实施例的激光驱动光源的基本构成的图。图8是放大表示图7所示的激光驱动光源的管球的图。图9是表示本发明的第2实施例的激光驱动光源的变形例的图。图10是表示本发明的第2实施例的激光驱动光源的变形例的图。图11是表示本发明的第3实施例的激光驱动光源的基本构成的图。图12是放大表示图11所示的激光驱动光源的管球的图。图13是表示现有的激光驱动光源的基本构成的图。
具体实施例方式(第1实施例的激光驱动光源)图1是表示本发明的第1实施例的激光驱动光源的基本构成的截面图。本实施例 的激光驱动光源是管球内不具有电极的、无电极型光源。并且，本实施例的激光驱动光源具 有光线遮蔽部件，通过吸收未被等离子体吸收而透过等离子体的激光光线来进行遮蔽。激光驱动光源100具有碗状的凹面反射镜1，覆盖管球3的周围而配置，具有光 射出开口 12 ；光学系统部件2，使激光光线L1聚光到管球3内的焦点F ；管球3，与凹面反射 镜1的焦点F —致地配置，封入有放电介质；激光源4，向管球3连续或脉冲状地射出激光 光线。在凹面反射镜1的焦点F上，从激光源4射出的激光光线L1通过光学系统部件2被 聚光，封入到管球3内的放电介质通过激光光线L1被激励，生成等离子体P。管球3具有旋转椭圆形的密封空间35，在该密封空间S内，例如水银作为放电介质 封入。管球3内封入的水银的封入量是2 70mg/CC。此外，除了水银外，也可将镉、锌、锡 等金属作为放电介质封入。管球3配置为，相对于凹面反射镜1，密封部32位于凹面反射镜1的光射出开口 12 一侧，因此激光光线L1不会被密封部32遮住。凹面反射镜1具有例如旋转抛物面形状的反射面11 ；使等离子体P发出的光向 凹面反射镜1的外部放出的光射出开口 12 ；用于将激光光线L1导入到凹面反射镜1的内 部的后方开口 13。在该焦点F上生成的等离子体P发出的光向前方(纸面右方)反射，使 平行光从光射出开口 12射出。反射面11由反射管球3发出的光LX的电介质多层膜构成。反射面11例如由如 下构成的电介质多层膜构成交互层叠由高折射率材料构成的层和由低折射率材料构成的 层而成。例如，反射面11由交互层叠Hf02 (氧化铪)及Si02 (氧化硅)而成的电介质多层 膜构成，或由交互层叠Ta205 (氧化钽)及Si02 (氧化硅)而成的电介质多层膜构成。此外，反射面11不限于旋转抛物面形状，也可是旋转椭圆形。凹面反射镜1的后方开口 13与激光光线L1的光轴LA—致地形成，配置有光学系 统部件2。通过将后方开口 13配置在激光光线L1的光轴LA上，不会减少反射面11的有效 反射面积。此外，如专利文献1的图2所示，将用于将激光光线导入到凹面反射镜内的开口 形成在凹面反射镜的侧面时，减少了有效反射面积。
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光学系统部件2是使激光光线L1聚光到管球3内的焦点位置的透镜。激光源4可 使用脉冲驱动、CW驱动、或同时利用它们的驱动方式的激光，振荡对放电介质的激励具有足 够强度的激光光线L1。激光光线L1在可视 红外的波长区域、例如1.06i!m处具有峰值。图2是放大表示图1的激光驱动光源的管球3的图。管球3如图2(A)所示，具有 发光部31，内部具有旋转椭圆形的密封空间35，大致形成为球状；柱状的密封部32，与发光 部31的端部连续形成，通过例如钼构成的金属箔33气密地密封。并且发光部31的内部具 有密封空间35。此外在图2所示的例子中，仅在发光部31的一端具有密封部32。密封部32中埋设有支柱34，用于支持光线遮蔽部件S1。该支柱34的根部与金属 箔33连接，其前端部伸出到密封空间35内，并且在密封空间35内支持光线遮蔽部件S1。管球3内配置的光线遮蔽部件S1是吸收透过了管球3内的焦点F上生成的等离 子体P的激光光线L2的板状部件。光线遮蔽部件S1为了有效吸收透过等离子体P的激光光线L2，在和激光光线的焦 点F相比位于激光光线L2的前进方向的密封部32侧，与激光光线L1的光轴LA正交配置。此外，和光线遮蔽部件S1的光轴LA正交的方向的宽根据激光光线L1的入射角及 管球3的焦点F、与光线遮蔽部件S1之间的距离来适当设定。光线遮蔽部件S1由下述物质构成其可吸收激光源4发出的可视 红外的波长区 域的激光光线，并且高温时不会熔融，具有良好的耐热性。构成光线遮蔽部件S1的物质例 如是含有钨、钼、钽及铼的任意一种以上的金属。接着参照图2说明图1所示的第1实施例的激光驱动光源100的动作。图2(A) 表示激光驱动光源的起动初期的状态，图2(B)表示激光驱动光源的常规时期的状态。(起动时期)首先参照图2 (A)说明激光驱动光源起动时的动作。以下将使激光光线L1开始聚 光到管球3内的焦点F、到作为管球3内封入的放电介质的发光用金属完全蒸发为止的期 间，称为起动时期。从激光源4振荡的连续或脉冲状的激光光线L1通过光学系统部件2聚光到管球 3内的焦点F。在激光驱动光源起动时，管球3内的发光用金属的蒸气压力非常低，因此聚 光到焦点F的激光光线L1的全部能量未消耗于等离子体的生成，而在管球3内的焦点F上 形成极小的等离子体P。S卩，虽然聚光到管球3内的焦点F的激光光线L1的大部分通过焦点F，但其被光线 遮蔽部件S1吸收，防止其放出到管球3的外部。光线遮蔽部件S1吸收激光光线L2并发热，如图2(A)所示，向管球3的发光部31 辐射红外 远红外的波长区域的热线T1，辐射加热发光部31，使管球3内封入的发光用金 属的蒸气压力上升。与之相伴，管球3内的焦点F上形成的等离子体P逐渐变大，发光强度 逐渐增加。(常规时期)接着参照图2(B)说明激光驱动光源常规时的动作。以下将管球3内的发光用金 属的蒸气压力以规定水平稳定、焦点F上形成的等离子体P的大小变为恒定的时期称为常 规时期。在常规时期，通过管球3内的焦点F上聚光的激光光线L1，发光用金属切实被激
7励，焦点F上形成的等离子体P集束为一定的大小，从等离子体P以规定的水平放出稳定强 度的光。管球内作为发光用金属封入水银时，例如波长365nm的i线放出到发光部31的外部。在常规时期，使激光光线L1持续照射等离子体P。这是因为这样一来使管球3内 生成的等离子体P不消失。照射到等离子体P的激光光线L1中的一部分不被等离子体P 吸收，而通过焦点F (参照图2⑶的L2)。例如，将1KW的YAG激光照射到管球内时，透过等 离子体P的激光光线L2的输出约为150W。透过等离子体P的激光光线L2被光线遮蔽部件S1吸收。光线遮蔽部件S1吸收 激光光线L2并发热，如图2(B)所示，向管球3的发光部31辐射红外 远红外的波长区域 的热线T1，辐射加热管球3的发光部31。与之相伴，在常规时期的管球3中，发光部31总是处于高温状态，发光用金属完全 蒸发，在蒸气压力较高的状态下稳定，因此通过发光用金属切实吸收激光光线L1。因此，管 球3内生成的等离子体P不会消失，从等离子体P以规定的水平放出稳定强度的光。因此，本发明的激光驱动光源100因设有光线遮蔽部件S1，其吸收透过了管球3内 生成的等离子体P的激光光线L2，而具有如下效果。第1，透过了管球3内生成的等离子体P的激光光线L2切实被光线遮蔽部件S1遮 蔽，因此激光驱动光源100的外围设备不会产生下述问题因曝露到透过了管球3内生成的 等离子体P的激光光线L2而被破坏。 第2，光线遮蔽部件吸收未被等离子体P吸收而透过它的激光光线L2并发热，使作 为管球3内密封的放电介质的发光用金属的蒸气压力迅速上升，并且可以较高水平稳定， 从而使管球3内生成的等离子体P不消失而被保持，所以可从等离子体P放出稳定的输出 的光。图3是表示第1实施例的激光驱动光源的变形例的截面图。在该图中，激光源及 光学系统部件和图1所示的激光驱动光源通用，因此省略图示，仅图示管球。图3的激光驱 动光源101除了光线遮蔽部件S2的形状与图1、2所示的光线遮蔽部件S1不同外，具有和 第1实施例的激光驱动光源100相同的构成，因此对和图1、2共同的构成标以和图1、2相 同的标记，并省略说明。如图3㈧所示，光线遮蔽部件S2在透过了等离子体P的激光光线L2的照射侧的 表面S21中，形成朝向其内侧而V字型逐渐变窄的多个光束挡板S22。光束挡板S22如图 3(B)所示，通过向反射面S23、S24涂敷炭黑、或在反射面S23、S24上烧结微粒子的钨粉，可 有效地吸收、衰减入射到光束挡板S22的激光光线L2。此外，光束挡板S22所成的角度0被设定为不会发生激光光线L2未被吸收、溢出 到光束挡板S22的外部的程度的角度。光线遮蔽部件S2如上所述，多个光束挡板S22形成在激光光线L2的照射侧的表 面S21上，透过了管球3内的等离子体P的激光光线L2被高效吸收，因此是易于发热的构造。说明光线遮蔽部件S2的光束挡板S22的功能。如图3(B)所示，透过了等离子体 P的激光光线L2照射光束挡板S22的一个反射面S23时，无法被该光束挡板的一个反射面 S23吸收的激光光线L2向光束挡板S22的另一个反射面S24反射。
如上所述，构成光束挡板S22的槽的角度0被设定为入射的激光光线L2不会溢 出到光束挡板S22的外部的角度。因此，入射到光束挡板S22内的激光光线L2向光束挡板 S22的内侧多次被反射引导，最终被光束挡板S22完全吸收。图3所示的激光驱动光源101如上所述，在光线遮蔽部件S2的、被激光光线L2照 射的一侧的表面S21上，形成多个光束挡板S22。光束挡板S22高效吸收透过了管球3的焦点F上生成的等离子体P的激光光线 L2，因此光线遮蔽部件L2易于发热。光线遮蔽部件S2向管球3的发光部31辐射红外 远 红外的波长区域的热线T1，辐射加热管球3的发光部31。因此，激光驱动光源101中，管球3内的发光用金属的蒸气压力进一步迅速上升的 同时，以较高的水平稳定，管球3内生成的等离子体P不会消失地被保持，所以可从等离子 体P放出稳定的输出的光。此外，光线遮蔽部件S2不限为通过图3所示的V字型的光束挡板S22吸收透过了 高温等离子体P的激光的部件。光线遮蔽部件S2例如可以是对由高熔点金属构成的基板的表面进行黑色防腐蚀 铝处理或涂敷炭黑的部件，也可是含有有机色素或有机颜料的陶瓷基板，还可是通过烧结 等将微粒子的钨粉附着到光线遮蔽部件S2表面的部件。这样一来，光线遮蔽部件S2的实际表面积增加，吸收透过了管球3内生成的等离 子体P的激光光线L2，并易于发热，可有效辐射加热管球3的发光部31。图4是表示第1实施例的激光驱动光源100的变形例的截面图。在该图中，激光 源及光学系部件和图1所示的激光驱动光源相同，省略图示，仅图示管球。图4的激光驱动光源102除了光线遮蔽部件S3的形状和图1、2所示的光线遮蔽 部件S1不同外，具有和第1实施例的激光驱动光源100相同的构成，因此对和图1、2共同 的构成标以和图1、2相同的标记，并省略说明。如图4(A)所示，光线遮蔽部件S3在光线遮蔽部件S3的表面形成细微的凹凸部 S31。细微的凹凸部S31增加光线遮蔽部件S3的表面积，高效吸收透过等离子体P的激光 光线L2，并且促进来自光线遮蔽部件S3的热放射。凹凸部S31的间距例如是liim 1mm的范围。凹凸部S31的间距如图4⑶所示， 是指通过在凹凸部S31中相邻的凸部S32及凸部S33的各自的顶点、且和激光光线的光轴 LA平行地延伸的一对虚拟线K1及K2之间的距离。图5是表示第1实施例的激光驱动光源100的变形例的图。在该图中，激光源及 光学系统部件与图1所示的激光驱动光源通用，因此省略。图5的激光驱动光源103除了光线遮蔽部件S4的形状与图1所示的光线遮蔽部 件S1不同外，具有和第1实施例的激光驱动光源100相同的构成，因此对和图1、2相同的 构成标以和图1、2相同的标记，并省略说明。如图5所示，光线遮蔽部件S4在其整个表面上形成有细微的凹凸部S41，并且在接 收激光光线L2的一侧的面上形成圆柱状的凹部S42。细微的凹凸部S41增加光线遮蔽部件S4的表面积，高效吸收透过管球3的焦点F 生成的等离子体P的激光光线L2，并且促进来自光线遮蔽部件S4的热放射。圆柱状的凹部S42增加光线遮蔽部件S4的表面积，且使光线遮蔽部件S4轻型化。凹凸部S41的间距和上述光线遮蔽部件S4的凹凸部S41同样地为1 y m 1mm。图6是表示第1实施例的激光驱动光源100的变形例的截面图。在该图中，激光 源及光学系统部件和图1所示的激光驱动光源相同，因此省略。图6的激光驱动光源104除了光线遮蔽部件S5的形状和光线遮蔽部件S1不同外， 具有和第1实施例的激光驱动光源100相同的构成，因此对和图1、2相同的构成标以和图 1、2相同的标记，并省略说明。如图6所示，激光驱动光源104具有的光线遮蔽部件S5因具有从位于激光光线L1 的光轴LA上的中心S52向径向外部放射状延伸的多个线状部S5而形成为束子状。多个线 状部件S51增加光线遮蔽部件S5的表面积，高效吸收透过了等离子体P的激光光线L2，并 且促进来自光线遮蔽部件S5的热放射。图3至图6所示的激光驱动光源101至104如上所述，光线遮蔽部件S2至S5具 有增加各自表面积的表面构造，高效吸收透过了等离子体P的激光光线L2并易于发热，可 高效辐射加热管球3的发光部31。因此，根据激光驱动光源101至104，管球3内的发光用金属的蒸气压力迅速上升， 并且上升后以较高的水平稳定，管球3内生成的等离子体P不消失地被保持，可从等离子体 P放出稳定的输出的光。(第2实施例的激光驱动光源)图7是表示本发明的第2实施例的激光驱动光源的基本构成的截面图。本实施例 的激光驱动光源是管球内具有电极的有电极型光源。并且，本实施例的激光驱动光源具有 光遮蔽部件，其通过吸收未被等离子体吸收而透过它的激光光线，来进行遮蔽。此外，图7的激光驱动光源200中，对和图1所示的激光驱动光源100共同的构成， 标以和图1相同的标记，并省略说明。该图所示的激光驱动光源200具有凹面反射镜1，具有光射出开口 12，整体形成 为碗状；光学系统部件2，对激光源4发出的激光光线L1进行聚光；管球7，以管轴X相对 于凹面反射镜1的光轴LA正交的姿态配置在凹面反射镜1的焦点F上；激光源4，向管球7 照射激光光线L1。该图所示的激光驱动光源200中，激光源4、光学系统部件2及管球7在激光光线 L1的光轴LA上依次呈一条直线地配置在凹面反射镜1的光轴LA上。图8(A)是放大表示图7所示的激光驱动光源200的管球7的截面图。管球7具 有例如由石英玻璃构成的大致球状的发光部71 ；分别与其两端连接并向管轴X方向延伸 的杆状的密封部72及73 ；形成在发光部71的内部的旋转椭圆形的密封空间77 ；分别埋设 在密封部72及73的棒状的电极74及75 ；配置在密封空间77内、吸收激光源4发出的透 过高温等离子体P的激光并遮蔽的光线遮蔽部件S2 ；使光线遮蔽部件S2固定到电极74的 支持部件76。管球7的密封空间77中，作为放电介质封入稀有气体、水银(蒸气)中的至少一 种以上。即，放电介质的组合是仅稀有气体、仅水银、同时具有水银和稀有气体这三种。例如，作为放电介质封入水银时，从管球12发出作为水银的发光的波长365nm的 紫外光。水银的封入量例如是2 70mg/CC。稀有气体除了氙气外，还可封入氩或卤素气体 的一种以上。此外，作为放电介质除了上述介质外还可封入镉、锌、锡等。
电极74、75分别例如由杆状的钨构成，通过杆密封而气密地埋设到密封部72、73中。电极74、75各自的一端部741、751向密封空间77内延伸，并且在密封空间77内
隔开规定距离彼此相对配置。并且，电极74及75各自另一端部742、752向密封部72、73的外部伸出，与未图示 的供电装置电连接。这些电极74、75的极间中心位置如图7所示，与凹面反射镜1的焦点
F—致。在电极74、75的极间中心位置，通过向上述电极74、75之间施加高电压而生成高 温的等离子体P。第2实施例的激光驱动光源200的管球7具有上述电极74、75，因此在管球7起动 时，易于将电极74及75之间绝缘破坏，因此在电极74及75之间的极间中心位置上易于生 成等离子体P。图8(B)是放大图8(A)的A部的部分放大图。光线遮蔽部件S2如图8 (B)所示，通过整体上形成为钩状的支持部件76，相对电极 74、75在平行方向上延伸地固定到电极74上，配置在发光部71的密封空间77内。如图8(B)所示，支持部件76通过在相对电极74正交的方向上延伸的管轴正交部 761、及相对管轴相交部761直角弯曲并与电极74平行地延伸的管轴平行部762，整体上钩 状构成，管轴正交部761固定到电极74上，并且管轴平行部762固定到光线遮蔽部件S2。该光线遮蔽部S2及支持部件76分别例如由钨、钽及钼等高熔点金属构成。在第2实施例的激光驱动光源200中，电极74、光线遮蔽部件S2及支持部76分 别由金属构成，因此支持部件76相对电极74及光线遮蔽部件S2分别例如通过点焊一体固 定。当然，支持部件76相对电极74及光线遮蔽部件S2也可分别通过螺钉、胶带等其他机 械固定方法固定。光线遮蔽部件S2为了吸收透过了管球7内生成的等离子体P的激光光线L2(图 8(B)),在该激光光线L2的光路上，配置在等离子体P的附近。并且，光线遮蔽部件S2配置 在以下位置与未固定光线遮蔽部件S2的电极75之间，不产生不需要的放电的位置。光线遮蔽部件S2在透过了等离子体P的激光光线L2的照射侧的表面S21中，形 成向其内侧V字型地依次变窄的多个光束挡板。光束挡板具有和图3 —样的构成，由于具 有和上述一样的构成，省略说明。以下参照图7说明第2实施例的激光驱动光源200的动作。通过向管球7的一对电极74及75施加高电压，电极74及75的极间被绝缘破坏， 在电极74及75的极间中心位置形成预备放电。在该状态下，激光源4向光学系统部件2射出激光光线L1。激光光线L1通过光学 系统部件2向管球7的电极74及75的极间中心位置聚光，照射到在电极74及75的极间 中心位置生成的预备放电。在电极74及75的极间中心位置，通过对预备放电照射激光光 线L1，生成高亮度的等离子体P。从等离子体P发出的光LX通过凹面反射镜1的反射面11向和光轴LA平行的方 向反射，从光射出开口 12放出到凹面反射镜1的外部。另一方面，未被等离子体P吸收而透过它的激光光线L2如图8(B)所示，入射到管球7的密封空间77内配置的光线遮蔽部件S2，如上所述，在V字型的光束挡板S22 (参照图 3)的内部多次被反射引导，最终被吸收、衰减。如上所述，本发明的第2实施例的激光驱动光源200如图8(A)所示，即使从激光 源4发出的激光光线L1透过等离子体P，透过该等离子体P的激光光线L2被该光路上配置 的光线遮蔽部件S2而吸收，因此透过了等离子体P的激光光线L2不会和从等离子体P发 出的光LX同时放出。因此，根据本实施例的激光驱动光源200，不会产生以下问题其外围 设备等因暴露到透过了管球7内的等离子体P的激光光线L2而被破坏。并且根据本实施例的激光驱动光源200，光线遮蔽部件S2吸收未被等离子体P吸 收而透过它的激光光线并发热，从而加热管球7，因此管球3内封入的发光用金属的蒸气压 力迅速上升，并且以较高的水平易于稳定，管球3内生成的等离子体P不会消失地保持，因 此可从等离子体P放出稳定的输出的光。图9及图10是分别表示第2实施例的激光驱动光源的变形例的截面图。图9及 图10所示的激光驱动光源201及202仅对管球7的激光光线的入射路径与图7所示的激 光驱动光源200不同。因此在图9及图10中，对和图7所示的激光驱动光源200相同的构 成，标以和图7 —样的标记，省略说明。如图9所示，激光驱动光源201具有凹面反射镜1，具有光射出开口 12，整体是碗 状；光学系统部件2，向管球7聚光激光光线L1 ；管球7，配置在凹面反射镜1的焦点F上； 激光源4，向管球7照射激光光线L1。凹面反射镜1具有反射面11，具有旋转抛物面形状；光射出开口 12，射出从等离 子体P发出的光；侧方开口 14，用于配置光学系统部件2。管球7以管轴X相对凹面反射镜1的光轴LA平行的姿态配置在凹面反射镜1的 隹占F上。光线遮蔽部件S2形成图3所示的V字型的光束挡板S22，以光线遮蔽部件32的管 轴X相对凹面反射镜1的光轴LA平行的姿态，在透过了等离子体P的激光光线的光路上， 配置在等离子体P附近。在图9所示的激光驱动光源201中，从激光源4发出的激光光线L1通过配置在凹 面反射镜1的侧方开口 14的光学系统部件2聚光，照射到管球7。管球7的密封空间77 中，通过封入到管球7内的放电介质被激励，在凹面反射镜1的焦点F生成高温的等离子体 P。由等离子体P发出的光LX在和凹面反射镜1的光轴LA平行的方向反射，从光射出开口 12放出到凹面反射镜1的外部。另一方面，未被等离子体P吸收而透过它的激光光线入射到管球7的密封空间77 内配置的光线遮蔽部件S2，如上所述，在图3所示的V字状的光束挡板S22的内部，被多次 反射引导，最终通过光线遮蔽部件S2被吸收、衰减。图10所示的激光驱动光源202具有凹面反射镜1，具有光射出开口 12，整体为碗 状；管球7，以管轴X相对于凹面反射镜1的光轴LA正交的姿态配置在凹面反射镜1的焦 点F上；激光源4，向管球7照射激光光线L1 ；反射部件5，使从激光源4射出的激光光线L1 向管球7方向反射，并且透过从等离子体P发出的光LX。凹面反射镜1具有旋转抛物面形状的反射面11 ；射出从高温等离子体P发出的 光的光射出开口 12。
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反射部件5在从高温的等离子体P发出的光LX的光路上，以相对凹面反射镜1的 光轴LA倾斜的状态配置。反射部件5的表面上形成由电介质多层膜厚构成的反射面，其透 过从等离子体P发出的光LX，并且将激光光线L1向管球7的方向反射。该反射部件5上设 置的电介质多层膜构成的反射面和凹面反射镜1的反射面11相同，对此如上所述，省略其 说明。图10所示的激光驱动光源202中，从激光源4发出的激光光线L1依次被反射部 件5和凹面反射镜1的反射面11反射并照射管球7，在密封空间77中，在凹面反射镜1的 焦点F上生成高温的等离子体P。从等离子体P发出的光LX向与凹面反射镜1的光轴LA 平行的方向反射，从光射出开口 12向凹面反射镜1的外部放出。另一方面，未被等离子体P吸收而透过它的激光光线入射到管球7内的密封空间 77内配置的光线遮蔽部件S2，如上所述，在图3所示的V字状的光束挡板S22的内部多次 被反射引导，最终被光线遮蔽部件S2吸收、衰减。(第3实施例的激光驱动光源)图11是表示第3实施例的激光驱动光源的基本构成的截面图。本实施例的激光 驱动光源是管球内具有电极的有电极型光源。并且，本实施例的激光驱动光源在管球内具有光线遮蔽部件，其通过反射未被等 离子体吸收而透过它的激光光线而进行遮蔽，但与第1及第2实施例的激光驱动光源不同 (第1及第2实施例的激光驱动光源是，使未被等离子体吸收而透过它的激光光线被管球内 配置的光线遮蔽部件吸收从而进行遮蔽)。此外，图11所示的激光驱动光源300对图7、8所示的激光驱动光源200共同的构 成标以和图7、8共同的标记，并省略说明。激光驱动光源300具有凹面反射镜1，具有光射出开口 12，整体为碗状；管球8， 以管轴X相对凹面反射镜1的光轴LA正交的姿态配置在凹面反射镜1的焦点F上；光学系 统部件2，使激光源4发出的激光光线L1聚光到管球8 ；激光源4，向管球8照射激光光线 L1 ；光线吸收部件AB1，配置在凹面反射镜1的外部。凹面反射镜1具有旋转抛物面形状的反射面11 ；光射出开口 12，射出从高温的 等离子体P发出的光LX;后方开口 13，用于配置光学系统部件2。本实施例的激光驱动光 源300中，激光源4、光学系统部件2及管球8在激光光线L1的光路上依次呈一条直线地排 列配置在凹面反射镜1的光轴LA上。图12㈧是同时表示图11所示的激光驱动光源300具有的管球8的构成的概要、 及光线吸收部件AB1的截面图。图12(B)是放大了图12(A)所示的A部的图。图12(A)所示的管球8具有例如由石英玻璃构成的大致球状的发光部81及与其 两端分别连接并向管轴X方向延伸的杆状的密封部82及83 ；形成在发光部81的内部的密 封空间87 ；分别埋设在发光部81的密封部82及83的棒状的电极84及85 ；配置在密封空 间87内，反射透过了高温的等离子体P的激光光线L2并遮蔽的光线遮蔽部件R1 (参照图 12⑶；使光线遮蔽部件R1固定到电极84的支持部件86。管球8通过向上述84及电极85之间施加高电压，在电极84及85的极间中心位 置生成高温的等离子体P。从等离子体P发出的光LX如图11所示，与凹面反射镜1的光轴 LA平行地从光射出开口 12放出到凹面反射镜1的外部。
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光线遮蔽部件R1如图12(B)所示，通过整体上形成为钩状的支持部件86，相对管 轴X倾斜地固定到电极84上。光线遮蔽部件R1的构成是，在由钨、钽、钼等高熔点金属构成的基板上，具有由电 介质多层膜构成的反射面R11。反射面R11基本不吸收从激光源4射出的激光光线L1，而 向凹面反射镜1的外部反射地适当设计电介质多层膜的材质及膜数。此外，光线遮蔽部件R1的反射面R11不限于上述电介质多层膜，例如也可以是通 过对由上述高熔点金属构成的基板的表面进行研磨而进行镜面加工的反射面。该光线遮蔽部件R1在透过了高温的等离子体P的激光光线L2的光路上配置在等 离子体P的附近。并且，光线遮蔽部件R1配置在如下位置与未固定有其的电极85之间不 产生不需要的放电的位置。在凹面反射镜1的光射出开口 12的开口端部边缘附近，如图11所示，设置有对由 光线遮蔽部件R1反射的激光光线L2进行吸收、衰减的光线吸收部件AB1。光线吸收部件 AB1的激光的入射面上，形成图3所示的V字型的槽状的光束挡板S22。如图12(A)所示，光线遮蔽部件R1的反射面R11和管球8的管轴X所成的角度e 适当设定为，入射到反射面R11的激光光线L1向光线吸收部件AB1的方向反射。在上述本发明的第3实施例的激光驱动光源300中，如图11所示，高温的等离子 体P在电极84及85的极间中心位置生成，由等离子体P发出的光LX通过凹面反射镜1向 与光轴LA平行的方向反射，从光射出开口 12向凹面反射镜1的外部放出。另一方面，未被等离子体P吸收而透过它的激光光线L2如图12(A)所示，入射到 管球8内的密封空间87内配置的光线遮蔽部件R1的反射面R11，并且通过反射面R11向设 置在凹面反射镜1的外部的光线吸收部件AB1反射，如上所述，在图3所示的V字型的槽状 的光束挡板S22中多次被反射引导，最终被光线吸收部件AB1上设置的光束挡板S22吸收。因此，透过了等离子体P的激光光线L2通过光线遮蔽部件R1向凹面反射镜1的 外部被反射，最终被光线吸收部件AB1吸收、衰减。根据以上本发明的第3实施例的激光驱动光源300，透过了管球8内生成的等离 子体P的激光光线L2如图11所示，通过光线遮蔽部件R1向凹面反射镜的外部反射，被光 线吸收部件AB1吸收。因此，透过了等离子体P的激光光线L2不会与等离子体P发出的光 LX同时向凹面反射镜1的外部放出。因此，根据本实施例的激光驱动光源300，不会产生以下问题其外围设备等暴露 到透过了管球8内的等离子体P的激光光线L2而被破坏。此外，光线遮蔽部件R1与配置在凹面反射镜1的外部的光线吸收部件AB1同时使 用不是必须条件。例如，光线遮蔽部件R1可以是，具有对由铜、铝及银的任意一种构成的基板的表 面进行犁地加工而形成凹凸形状的散射反射面，并且也可通过对由具有良好耐热性及加 工性的树脂构成的基板的表面进行犁地加工而形成凹凸形状的同时、对该基板表面涂敷由 铜、铝及银的任意一种构成的金属而形成散射反射面。这样一来，未被等离子体P吸收而透过它的激光光线L2入射到光线遮蔽部件R1 的散射反射面后，向散射反射面的周围扩散反射而被遮蔽，因此可省略上述光线吸收部件 AB1。
权利要求
一种激光驱动光源，具有封入有放电介质的管球，通过聚光到上述管球内的激光光线在上述管球内生成等离子体，其特征在于，上述管球内设有光线遮蔽部件，该光线遮蔽部件遮蔽透过上述管球内生成的等离子体的激光光线。
2.根据权利要求1所述的激光驱动光源，其特征在于，上述放电介质是金属，上述光线遮蔽部件吸收透过上述管球内生成的等离子体的激光光线并发热。
3.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件上设有光束 挡板，该光束挡板对透过上述管球内生成的等离子体的激光光线进行反射引导并吸收。
4.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件进行了用来 提高其辐射率的表面加工。
5.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件上设有间距 在liim 1mm范围内的凹凸部。
6.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，在上述光线遮蔽部件的、被透过 上述管球内生成的等离子体的激光光线照射的表面上烧结有钨粉。
7.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件由钨、钼、钽 及铼中的任意一种以上的金属构成。
8.根据权利要求2所述的激光驱动光源，其特征在于，上述管球内封入的放电介质包 括水银。
9.根据权利要求1所述的激光驱动光源，其特征在于，上述管球内封入的放电介质包 括水银及稀有气体的任意一种以上。
10.根据权利要求1所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件由支持部件 支持，该支持部件向上述管球内伸出地配置。
11.根据权利要求1所述的激光驱动装置，其特征在于，上述管球内具有彼此相对配置 的一对电极。
12.根据权利要求11所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件由固定在 上述电极上的支持部件支持。
13.根据权利要求1所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件具有反射 面，该反射面反射透过上述管球内生成的等离子体的激光光线。
14.根据权利要求13所述的激光驱动光源，其特征在于，上述光线遮蔽部件的反射面 是散射反射面。
15.根据权利要求13所述的激光驱动光源，其特征在于，在上述管球的外部设置光线 吸收部件，该光线吸收部件吸收通过上述光线遮蔽部件的反射面反射的激光光线。
16.根据权利要求1所述的激光驱动光源，其特征在于，具有反射上述等离子体射出的 光线的凹面反射镜，该凹面反射镜配置为焦点位置相对上述管球内生成的等离子体一致。
17.根据权利要求16所述的激光驱动光源，其特征在于，上述凹面反射镜中，在聚光到 上述管球内的激光光线的光轴上设有开口，在上述凹面反射镜的开口上配置用于使激光光 线聚光到上述管球内的光学部件。
全文摘要
本发明是一种激光驱动光源，使激光光线聚光到管球内封入的放，电介质，通过激光光线激励放电介质，生成等离子体，其目的在于遮蔽管球内生成的未被等离子体吸收而透过的激光光线，为此提供一种激光驱动光源，其具有封入有放电介质的管球，通过聚光到上述管球的激光光线在上述管球内生成等离子体，其特征在于，上述管球内设有光线遮蔽部件，遮蔽透过上述管球内生成的等离子体的激光光线。
文档编号H01J65/04GK101866819SQ20101016332
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月15日
发明者住友卓, 安田幸夫, 横田利夫 申请人:优志旺电机株式会社