JPH04133379A - レーザ用スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多数の電界効果トランジスタ等の高速スイッ
チ素子を用い、これらの高速スイッチ素子を同時に０Ｎ
−ＯＦＦするようにしたレーザ用スイッチであって、特
に、放電励起レーザ装置等における高電圧スイッチとし
て用いて好適なレーザ用スイッチに関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来の放電励起レーザ装置としてのエキシマレ
ーザ（Ｅ　ｘｃｉｍｅｒ：　Ｅ　ｘｃｉｔｅｄ　Ｄ　ｉ
ｍｅｒ）装置に用いられる放電回路を示す回路図である
。図において、１０は高圧電源、１１は高圧電源１０の
一端に接続された充電用のりアクドル、２はリアクトル
１１に直列に接続された充電用のコンデンサ、９はコン
デンサ２と高圧電源１０の他端との間に設けられた放電
用の一対の電極、１３は電極９間の放電により発生した
レーザ光、１２は電極９と並列に接続された充電用のり
アクドル、８は電極９と並列に接続されコンデンサ２か
ら電荷が転送されるコンデンサ、１はリアクトル１１と
コンデンサ２との接続点と高圧電源１０の他端との間に
接続された電荷転送用の高電圧スイッチとしてのサイラ
トロンである。なお、一対の電極９は希ガス、ハロゲン
ガス等の放電ガス中に配されている。

第７図は上記第６図の放電回路を用いたエキシマレーザ
装置を示す斜視図であり、第６図と同一部分には同一符
号が付されている。尚、第６図の高圧電源１０及びリア
クトル１１．１２は図示を省略されている。

第７図において、高電圧スイッチとしてのサイラドロン
１は導電材から成る円筒形の容器６に収納され、この容
器６の一端には絶縁体から成る蓋７が設けられている。

上記充電用のコンデンサ２は複数個設けられ一列に配さ
れている。このコンデンサ２の一端とサイラトロン１の
一端とは略り字状を成る導電板４を介して接続されてい
る。また、コンデンサ２の他端は細長い導電板３に接続
されている６また。

細長い箱状の導電材から成る容器５が設けられ、この容
器５には上記放電ガスが満たされると共に、一対の細長
い放電用の電極９が設けられ、その−方の電極９は上記
導電板３に設けられ、他方の電極９はこの容器５の底部
に設けられている。またこの容器５の一端は上記容器６
を介してサイラトロン１の他端に接続されている。

また、容器５の両側の内壁と導電板３の両側面との間に
は電荷が転送される上記コンデンサ８が複数個接続され
ている。

以上の構成により、第６図と等価な放電回路が構成され
る。

次に動作について説明する。

第６図において、サイラトロン１がＯＦＦの状態で、高
圧電ｇ１０が投入されると、先ず、高圧電源１０−リア
クトル１１−コンデンサ２−リアクトル１２−高圧電源
１０の充電ループが形成されてコンデンサ２が充電され
る。次いでサイラトロン１が点弧すると、コンデンサ２
−サイラトロン１−コンデンサ８の電荷転送ループが形
成されて、コンデンサ２が放電し、その電荷がコンデン
サ８に転送される。従って、このコンデンサ８の両端電
圧、即ち、一対の電極９間の電圧が上昇し、放電電圧に
達すると電極９間に放電が生じる。この放電により容器
Ｓ内のガスが励起され、その際にパルス状のレーザ光１
３が発生する。

上述した従来の放電回路においては、高電圧スイッチと
してサイラトロン１を用いている。しかしながらサイラ
トロン１はインダクタンスが大きく、このため電極９間
の電圧の立上りが遅くなって、安定な放電が得られず、
また、予熱時間を要したり、さらには温度に対して敏感
であるため、温度制御のための装置を設ける必要がある
等の種々の欠点がある。

この対策として、本呂願人は、サイラトロンに代えて多
数の高速スイッチ素子を用いたレーザ用スイッチを提案
している。第８図は複数の高速スイッチ素子１４の直列
回路の複数個を並列に接続することにより、レーザ用ス
イッチ１５を構成した例を示す。このレーザ用スイッチ
１５を第６図のサイラトロン１に代えて接続し、全ての
高速スイッチ素子１４を同時にＯＮと成すことにより、
上記コンデンサ２の放電電流を流すことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の高速スイッチ素子１４を用いたレーザ用スイッチ
１５は以上のように構成されているので、前述したエキ
シマレーザ装置のような放電励起型パルスレーザ装置で
は、放電回路のスイッチング速度がレーザ媒質の励起効
率に影響し、より効率よく励起を行うためには放電回路
に高速スイッチを用いる必要がある。ところが一般にス
イッチング速度の速いスイッチはど定格電圧・定格電流
が小さく、これらを用いるにはそれぞれのスイッチを直
並列接続しなければならない。

ここで、複数個の高速スイッチを直並列接続して一つの
スイッチとして用いる場合、直並列数が多いと ・配線によるインダクタンス分が増加する。

・配線の信頼性が低下する。

・配線作業、保守作業が煩雑。

などの問題点が生じる１例えばエキシマレーザ用放電回
路の高速スイッチ素子１４として、高速性に有利なＭＯ
ＳＦＥＴ　（定格９００Ｖ、１５Ａ）を３０ＫＶ、４０
００Ａに耐えるスイダチとして用いるには、３４ｘ２６
７＝９０７８個の（固体スイッチ）素子１４を直並列し
なければならず、上記問題点が顕在化する。

特に回路中のインダクタンスが増加すると、スイッチン
グ速度が低下し、また充電用コンデンサ２からコンデン
サ８への移行効率が低下する等の理由でレーザの発振効
率が低下する。そのため回路中のインダクタンスをでき
るだけ小さくしなければならない等の課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、回路インダクタンスをより低減することのでき
る高速スイッチ素子を用いたレーザ用スイッチを得るこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ用スイッチは複数の高速スイッチ
素子を一体的にモジュール化すると共に、このモジュー
ルを直並列接続したものである。

〔作用〕

この発明におけるレーザ用スイッチは、モジュール化す
ることにより配線数が少くなると共に回路インダクタン
スが低減される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図においては第６図及び第８図と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。なおこの実施例では、高速ス
イッチ素子１４として電界効果トランジスタ（以下、Ｆ
ＥＴ１４と言う）を用いている。

第１図において、１６は複数（図示では３個）のＦＥＴ
１４を並列にした回路を内蔵して一体化したモジュール
である。この実施例においては、多数のモジュール１６
を図示のように直並列に接続することにより、レーザ用
スイッチ１５が構成されている。

第２図はモジュール１６の外観を示すもので。

この図では複数のモジュール１６を配列した場合を示し
ている。

モジュール１６の一側面には第１の電極板としての板状
のドレイン電極板１７が設けられると共に、異る側面か
ら第２の電極板としての板状のソース電極板１８が屈曲
されて突設されている。さらに別の側面には線状又はピ
ン状の第３の電極としてのゲート電極１９が設けられて
いる。モジュール１６の内部には３個のＦＥＴ１４の並
列回路が設けられている。これらのＦＥＴ１４の各ドレ
イン電極が上記ドレイン電極板１７に共通に接続され各
ソース電極が上記ソース電極板１８の内部延長部分に共
通に接続され、さらに各ゲート電極１９が上記ゲート電
極１９に共通に接続されている。

次に動作について説明する。

モジュール１６のゲート電極１９に駆動回路（図示せず
）よりトリガ信号を加えることにより、モジュール１６
内の各ＦＥＴ１４がＯＮとなってトレイン電極板１７か
らソース電極板１８に電流が流れる。従って、第１図の
放電回路において、全てのモジュール１６のゲート電極
１９にトリガ信号を同時に加えることによって、レーザ
用スィッチ１５全体がＯＮとなってコンデンサ２の電荷
をコンデンサ８転送することができる。

以上のように、このレーザ用スイッチ１５は多数のモジ
ュール１６の直並列回路で構成されているので配線数が
少くなり且っドレイン電極板１７及びソース電極板１８
を板状に形成したので１回路インダクタンスを低減する
ことができ、スイッチング特性を改善することができる
。

第３図は第１図の回路における電圧・電流のスイッチン
グ特性を示す。同１！（ａ）のＪｔは初期電圧の９０％
から１０％まで変化するのに要するスイッチング時間と
定義される。この発明によれば、モジュール化すること
により、上記スイッチング時間Ｉｔを充分短くすること
ができる。

第４図はこの発明の詳細な説明するための特性図であり
、点線はモジュール化する前の特性を、実線はモジュー
ル化した場合の特性を示す、モジュール化するとスイッ
チ部のインダクタンス分が減る。そのためコンデンサ８
の電圧の最大値ｖ２Ｍが上昇し、レーザ媒質の励起効率
が上がる。これにより、より効率よくレーザ出力を得る
ことができる。

第５図はこの発明によるレーザ用スイッチ１５をエキシ
マレーザ装置に用いた場合の実施例を示す概略的な構成
図であり、第７図と対応する部分には同一符号が付され
ている。

第５図において、レーザ用スイッチ１５は多数のモジュ
ール１６を積層して構成されている。このレーザ用スイ
ッチ１５は２つの導電板２ｏと２１とによって保持され
ている。導電板２ｏは鉤形に形成され、その先端部が最
上段のモジュール１６に接続され、下端が充電用のコン
デンサ２に接続されている。また導電板２１は屈曲され
た形状を成し先端面が最下段のモジュール１６と接続さ
れると共に、下端が容器５及びコンデンサ８に接続され
ている。

上記構成によれば、コンデンサ２に充電した後、モジュ
ール駆動部（図示せず）により全てのモジュール１６を
制御して全てのＦＥＴ１４をＯＮと成すことにより、コ
ンデンサ２の電荷が導電板２０、レーザ用スイッチ１５
、導電板２１を通してコンデンサ８に転送される。

なお、上記実施例では高速スイッチ素子としてＦＥＴ１
４を用いたが、！ＢＧＴ、サイリスタ等の素子を用いて
もよい。

また上記実施例では、モジュール１６内の複数のＦＥＴ
１４を並列接続としたが、直列接続又は直並列接続とし
てもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、複数の高速スイッチン
グをモジュール化し、この、モジュールを直並列接続す
る構成としたので、回路インダクタンスが低減されて、
高速のスイッチング特性が得られ、また、配線作業、保
守作業が容易になる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるレーザ用スイッチを
放電回路に適用した場合の回路図、第２図はレーザ用ス
イッチを構成するモジュールの実施例を示す斜視図、第
３図はスイッチング特性を示す特性図、第４図はこの発
明と従来例との放電回路の特性を示す特性図、第５図は
レーザ用スイッチをレーザ装置に適用した場合の実施例
を示す斜視図、第６図は従来のレーザ装置における放電
回路を示す回路図、第７図は従来のサイラトロンを用い
たレーザ装置を示す斜視図、第８図は従来のＦＥＴを用
いたレーザ用スイッチを示す回路図である。 １４は電界効果トランジスタＣＦＥＴ）　、１５はレー
ザ用スイッチ、１６はモジュール、１７はドレイン電極
板、１８はソース電極板、１９はゲート電極。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スイッチング時間が１μｓ以下の複数個の高速スイッチ
   素子が同時に導通可能となるように接続された回路が内
   蔵されたモジュールを直並列に接続したレーザ用スイッ
   チ。