JPS6237982A - ガス放電装置 - 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】 〔利用分野〕 本発明は一般にガス放電装置に関するものであシ、特に
リングレーザ角度センサに関すると共に、特にこのよう
なセンサに組込まれるブロック及び陰極構造に関するも
のである。

リングレーザ角度センサは周知の通シであシ特に、本出
願人が譲受人になっているキルバ）　ＩＪツク氏による
米国特許３　、３７３　、６５０号とポドゴルスキ社に
よる米国特許３　、３９０　、６０６号の明細書に説明
されている。これら特許の内容は本発明にも関係がある
。

〔発明の背景〕

リングレーザ角度センサは、熱的、機械的に十分安定し
ている材料のブロックを使用している。

このブロックは通常、三角形または矩形またはその他の
多角形の閉ループ通路を形成する複数の相互に接続した
ガストンネル又は通路を有している。

ブロック内の一対のトンネルの各結合点には鏡が設けら
れる。鏡と相互に結合したトンネル構成は光学的な閉ル
ープ通路を構成している。でらに、少くとも１つの陽極
と１つの陰極はブロック上に取り付けられかつガスと連
通している。鏡、陽極、そして陰極の各要素はブロック
に固定されておシ、密封技術の１つによってガスが密封
されている。

ブロックは通常ヘリクムとネオンを混合したレーザガス
で満だてれている。陽極と陰極との間に十分大きい電圧
差が加えられると放電してブロック内に一対の逆方向伝
播レーザビームが発生する。

リングレーザ角度センサのある一例では、石英のような
単一物質からできたブロックは光学的閉ループを有する
ガス放電装置として機能する。このよう力装置系は米国
特許３　、３９０　、６０６号で説明てれている。ボド
ゴルスキ氏が、石英またはサービッ）　（Ｃｅｒｖｉｔ
）　　などの単一物質から構成され、内部結合した複数
のキャビティすなわちトンネルを有する装置について説
明している。ボドゴルスキ氏によるようなリングレーザ
角度センサの先行技術は通常少くとも１つの陰極と閉ル
ープの光路に３一 ついて通常対称的に設計てれた２つの陽極とを有する。

一対の陽極及び陰極とは電源と電気的に接続しておシ、
一対の電流が閉ループの光路と逆向きに流れる。この電
流は、１つの陰極と１つの陽極の間にガスをイオン化す
るのに十分な大きさの電圧が加えられたときに生じる。

当業者たちに周知のように、一対の陽極がレーザビーム
の閉ループについて対称的に設置されることによって電
流の１つから影響を受けているガス流がもう一方の電流
からも影響を受は流れが平衡に保たれる。

リングレーザ角度センサの陰極の性能はセンサの寿命に
決定的な影響を与える。レーザ動作中は、陰極は通常金
属に衝突する正イオンを引きつけ、電子がアルミニウム
のような陰極表面から放出される。金属製陰極表面への
正イオンの衝突はスパッタ効果を誘引し、陰極表面から
導電性物質を除去する。スパッタ物質は陰極表面に引き
戻されそこに金属膜をつくる。結果的にスパッタ物質は
優先的にネオンガスを陰極ハウジングとそこにつくられ
たスパッタ膜の間にとシこむ。その結果キャー４＝ ビテイからＨｅ−Ｎｏ　　ガスが夫々われる。光学キャ
ビティからある量のレーザガスがなくなると、ガス放電
装置の機能が失なわれレーザビームの放出が停止する。

今日の研究はリングレーザ角度センサの小型化につなが
っている。それらのセンサでは光路は三角形又は矩形で
アシ、各光路の各部分すなわちそのサイドの長では約２
．５センチ（１インチ）かそれ以下であシ、レーザブロ
ックの厚嘔は約１．２５センチ（％インチ）よシ小でい
。そのためにこのレーザブロックは従来のレーザブロッ
クよシ小さいので極限られた量のレーザガスしか収容で
きない。このことは、す彦わちレーザガスの量が限られ
ていることは、レーザ装置の寿命を伸ばすことをますま
す困難にする。

先行技術の陰極装置とガスレーザ技術についてはアビン
ク氏による米国特許４，００７，４３１号やホチュリ他
による米国特許３，６１４．６４２号に説明されている
。またそれらの技術は論文「新しい中空陰極によるグロ
ー放電、　Ａ、Ｄ、ホワイト著、応用物理ジヤーナル、
３０巻、５号、　１９５９年５月」やホチュリ、他の論
文「Ｈｅ−Ｎ’ｅ　　ガスレーザの６３２８単一モード
における冷却陰極の使用、科学装置レビュー、３６巻、
１０号、　１９６５年１０月」にも説明式れている。こ
れらの説明やその他の特許や出版物で説明されている先
行技術の陰極は小型化されていないが長い寿命を達成し
ている。本発明ではレーザブロックは小型であシ、セン
サパッケージは小型で軽いことが必要であるが寿命も長
い。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、長寿命放電が可能なガス放電装置に適
合するブロック陰極構造体を供給することである。

本発明においては、ガス放電装置はガスが満たしている
１つかそれ以上のキャビティ、すなわちレーザビームが
伝わるための複数の通路を有している。これらの通路の
１つに結合している出口はブロックの外側表面に設置さ
れた陰極に接続している。この出口は、その断面がブロ
ックの外側表面からの距離が小てくなってゆくようにつ
くられなわち遠くへ広がるキャビティとを備えたハウジ
ングを有している。陰極はブロック上で陰極キャビティ
が出口と一致し、これを包囲するように据え付けられて
いる。陰極表面の電流密度を最小にして、出口から陰極
の電子放射表面への正イオンの良好々分散が得られるよ
うに、陰極キャビティと出口の断面寸法が決められる。

〔発明の実施例〕

第１図は、ＢＫ−７ガラスなどのブロック１１を有する
ガスを満たしたリングレーザ角度センサ１０を図示して
いる。なお、ブロック１１は石英、サーピット（Ｃｅｒ
ｖｉｔ）、ゼロジーｘ−ル（Ｚｅｒｏｄｕｒ）、　セラ
ミックなどから作られる。３本の内部接続トンネル１３
，１５．１７はブロック１１の中を互いに空洞の三角形
をつくる角度で通っている。鏡１９゜２１．２３はそれ
ぞれトンネル１３，１５．１７と交差した個所のブロッ
ク１１上に設けである。各鏡は１つのトンネルからの光
を次のトンネルへ反射式せ、これによシ閉ループの光路
を形成する。

一対の陽極２γと２９はブロック１１上に設置てれ、そ
れぞれ内部接続キャビティ２３と２５を介してレーザト
ンネル１３と１７と連通している。

プラズマ用レーザガスはトンネル１３，１５．１７内に
封入される。ガスは封入チューブとして利用される陽極
の１つと封止口として機能する陽極を利用してブロック
のキャビティへ注入される。

陰極４０はブロック１１に設けられておシ、内部接続通
路２７と出口３５を介して光学的閉ループキャビティに
連通している。通路２７と出口３５とは互いに連通して
おり、ガスはトンネル１５と陰極４０の間を自由に通る
ことができる。陰極４０は、陽極２７．２９に対して、
またトンネル１３゜１５．１７に対して対称関係になる
ように配置されている。一対の陽極と陰極との対称的な
配置は、周知の角度センサの機能に悪影響を及ぼすガス
流を小さくする意図で設計嘔れている。

陰極と陽極との間に十分に大きい電位差を保って動作さ
せると、第１の放電電流は陰極４０から鏡１９に向かう
チューブ１５へと流れ、さらにチユーズ１３を通って陽
極２７へと流れる。第２の放電電流は陰極４０から鏡２
１へ向かうチューブ１５へと流れ、式らにチューブ１７
を介して陽極２９へと流れる。これら２つの放電電流の
量は通常制御される。放電電流はレーザガスをイオン化
し、それによって周知の方法で閉ループの光学キャビテ
ィ内に一対の逆方向伝播レーザビームが得られる。

ブロック１１は熱膨張の小でいＢＫ−７ガラスのような
物質でできている。第１図、第２図に示す陰極４０は、
ニッケルと鉄の合金であるインパールやコバールなどの
ドーム形ハウジング４２を有する。ハウジング４２はフ
ランジ４３を有し据え付は表面４４を有する。陰極４０
は据え付は表面４４から内側に広がるキャビティ４５を
有している。陰極４０は、７ランジ据え付は表面４４と
ブロック表面３Ｔの間でインディラムはんだシール４８
を行うことによってブロック１１上に据え付けられてい
る。インデイクムシールは、陰極４０と装置１１との間
からのガスもれを防いでいる。

フランジ４３とインディラムシール４８は優れた据え付
は技術である。フランジはもちろんハウジングの厚みに
無関係である。さらに、リングレーザ１０は三角形だが
、他の多角形でもよい。また、リングレーザ１０は、単
一ブロックがガスを共有する複数のリングレーザを有す
るような立方体回転として知られる装置の一部であって
もよい。

陰極４０はブロック１１の熱膨張係数によく適合するよ
うな熱膨張係数を有する物質でつくられるのが望ましい
。ニッケルー鉄合金の陰極とＢＫ−７ガラスの装置は熱
的によく適合する特性を有する＝陰極キャビティをつく
っている陰極ハウジング４２の内壁には導電性物質４９
の蒸着膜が形成しである。陰極キャピテイ表面４９はガ
ス放電装置の一部を形成する電子放射面として作用する
。

上記導電性物質はガス放電装置での正イオンによるスパ
ッタを避けるために低スパツタ変化となるように望まれ
る。低スパツタの要求を満たしている２つの導電性の物
質としては酸化アルミニウムとベリリウムがある。

陰極４０の陰極キャビティ４５は、前述したトンネル１
５内のレーザガスと連通できるように出口３５と一致し
てブロック１１上に設けられ、このことは特に第２図、
第３図に図示されている。

第１図で特に断面２−２に示すように、本発明によれば
、出口３５はブロック１１内のキャビティすなわち通路
の形状に形成され、これによシ出口３５の断面積がブロ
ック外面３７から離れるに従って減少している。陰極キ
ャビティ４５と出口３５のキャピテイは第３図に示すよ
うに楕円形をして、いる。

第４図は、本発明のブロック陰極構成で陽極２７゜２９
と陰極４０との間に電位差を４えた場合に発生する正イ
オンの流れを図示している。正イオンは通路２Ｔと出口
３５を離れて陰極キャビティ４５へ流れ込もうとする。

出口３５のキャビティを楕円形にすることによって、正
イオンは陰極キャビティ４５へと分散するのである。そ
のために電流密度は、通路２７の電流密度に比べて陰極
表面４９の電流密度の方が低い。ここに示したような低
い電流密度であると、陰極表面にスパッタリング現象が
生じる機会は少くなる。スパッタリングが少くなると、
レーザすなわちガス放電装置の寿命は長くなる。

添付図面に示すように楕円形をした出口キャビティ３５
は、特に小型ガラスレーザに適切である。

このレーザを特に第３図に示す。ガラスレーザブロック
、特にＢＫ−７レーザブロツクは、ブロックが破壊され
たシ故障したシしないように可能な限シ大きなキャビテ
ィ壁厚“Ｗｌ＋を有している。

本発明のもう１つの長所は、出口内で段階的に大きくな
っていく空間によってブロック１１内によシ多量のガス
がとシ込めることである。このととは特にレーザ角度セ
ンサブロックが側面の長きが３．８ｃｒｎ（１−インチ
）未満で浮式がｏ６９ｃｒｒ１（３／８インチ）の寸法
で作れることに関係している。この実施例では、出願人
が三角形の光学キャビティの側面を約１．９ｃｒｎ（０
，８インチ）に、レーザトンネルの半径を約０．９ｃｒ
ｎ（０，４インチ）に楕円形の陰極キャビティで長径を
０．９Ｃｒｎ（０，４インチ）に短径を０．３１Ｃｒｎ
（０，１３インチ）にすることに成功している。

第１図は、（１）通常、ブロック外側表面３７につなが
る第一端部と（１ｊ）通路２Ｔと接続している第二端部
とを有する出口キャビティ３５を示している。

第１図乃至第３図は、楕円形の陰極キャビティと出口キ
ャビティを示している。楕円形のこれらのキャビテイ壁
は、良いイオン散乱を起こすためにキャビテイ壁の厚で
か調整される。他の形も可能でアシ、本発明の１特許請
求の範囲」の中で考慮している。それらの形には線型に
小さくなる形も含まれている。他の例は第５ａ図と第５
ｂ図に示す。

第５ａ図と第５ｂ図は半径″Ｒ１１の円形にブロック１
１内に切シ込んでつくられた出口３５でｓｂ、製作上の
将来の見通しとしてもコストが安く実行が可能である。

でらに直径が小石くなる端ぐシも有用であるが、端ぐシ
は第１図に示すようが形状のキャビティで得られる最適
な放電を行うことができない。

当業者には本発明で説明した陰極や出ロキャビティが本
実施例と別の形状であってもよいことが理解されるだろ
う。本特許の実施例を説明したが、図示及び説明した本
装置の細部のバリエーションも本特許の「％約請求の範
囲」に含まれることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はリンク角度レーザの横断面図、第２図はブロッ
クと陰極との平面２−２における接続を示す横断面図、
第３図は陰極とブロックの側面図、第４図は正イオン流
が生じている陰極とブロックとの拡大横断面図、第５ａ
図、第５ｂ図はそれぞれ本発明のかわシの出口キャピテ
イを示す横断面図と側面図。 １０・・・・リング角度レーザ、１１・・・・ブロック
、１３，１５，１γ・　・・　・内部接続トンネル、２
７．２９・・・・陽極、４０・・・・陰極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも第１通路を形成する相互接続したキャビ
   ティとガスを封入するための出口とを有するブロックと
   ；上記ガスに連通している陽極と；取り付面を有するハ
   ウジングと該面から内方に延在するキャビティとを有す
   る陰極とから構成され、上記通路と出口を介して放電が
   行われ、該出口は第１及び第２端部を有し、この第１端
   部は上記第１通路と連通して両者間でのガスの流れを許
   容し、上記第２端部は上記ブロックの第１外表面と共通
   界面を有し、かつこの第２端部は第１端部より大きな断
   面積を有し、前記陰極のキャビティは低スパタリング電
   子放射物質から成る内面を有し、前記取り付面はブロッ
   クの外表面に固定されてガス封止を行い、該陰極のキャ
   ビティは前記出口の第２端部と連通して両者間でガスの
   流れを許容するように設けられたことを特徴とするガス
   放電装置。
2. （２）熱的及び機械的に十分安定した物質で作られ、ガ
   スを含んでかつ閉ループの光路キャビティを形成する相
   互接続した複数のトンネルを有するブロックと；前記の
   ブロック上に据え付けられ前記のガスと連通する少くと
   も１つの陽極と；前記のブロック外側表面に固定してガ
   スを密封する据え付表面を有するハウジングと、スパッ
   タの小さい電子放射物質で作られた内壁を有して上記据
   え付表面から内側に広がるキャビティとを備えた陰極と
   ；前記ブロック内に形成され上記複数のトンネルと陰極
   との間でガスが流れるように該複数のトンネルの少くと
   も１つと連通した接続キャビティとから構成され、上記
   接続キャビティは第１及び第２端部を有し、該第１端部
   は前記トンネル群の少くとも１つと連通して両者間でガ
   スが流れるようにし、上記第２端部はブロックの第１外
   面と共通の界面を有し、この第２端部は前記第１端部よ
   り大きな断面積を有し、上記陰極は陰極のキャビティと
   前記接続キャビティの第２端部間でガスが流れるように
   ブロックに取り付けたことを特徴とするリングレーザ角
   度センサ。