KR20230122027A - 발광 씰체 및 광원 장치 - Google Patents
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Abstract
발광 씰체는 방전 가스를 수용함과 아울러, 제1 광이 제1 광축을 따라서 입사하는 제1 개구, 및 제2 광이 제2 광축을 따라서 출사하는 제2 개구가 형성된 하우징과, 제1 개구를 기밀하게 씰링하는 제1 창부와, 제2 개구를 기밀하게 씰링하는 제2 창부와, 제1 전극 및 제2 전극을 구비한다. 하우징은 제1 광 및 제2 광을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있다. 하우징, 제1 창부 및 제2 창부에 의해서 내부 공간이 획정되어 있고, 내부 공간은 방전 가스에 의해서 채워져 있다. 제1 개구 및 제2 개구는, 제1 광축과 제2 광축이 서로 교차하도록 배치되어 있다.
Description
본 개시의 일 측면은, 발광 씰체 및 광원 장치에 관한 것이다.
방전 가스 중에 발생한 플라즈마가 레이저광의 조사에 의해 유지되고, 플라즈마로부터의 광이 출력광으로서 출력되는 광원으로서, 레이저 여기 광원이 있다. 특허문헌 1에 기재된 레이저 여기 광원은, 방전 가스를 수용하는 제1 용기와, 제1 용기를 수용하는 제2 용기를 구비하고 있다. 제2 용기에는, 레이저광이 투과하는 광 투과 창(窓)과, 출력광이 투과하는 광 투과 창이 마련되어 있다.
상술한 레이저 여기 광원에서는, 레이저광 및 출력광이 광 투과 창 및 제1 용기를 투과할 때에, 광의 손실이 발생한다. 그 때문에, 고효율화 및 고출력화의 관점에서 개선의 여지가 있다.
본 개시의 일 측면은, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있는 발광 씰체 및 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따른 발광 씰체는, 방전 가스를 수용함과 아울러, 방전 가스 중에 발생한 플라즈마를 유지하기 위한 레이저광인 제1 광이 제1 광축을 따라서 입사하는 제1 개구, 및 플라즈마로부터의 광인 제2 광이 제2 광축을 따라서 출사하는 제2 개구가 형성된 하우징과, 제1 개구를 기밀하게 씰링하고, 제1 광을 투과시키는 제1 창부(窓部)와, 제2 개구를 기밀하게 씰링하고, 제2 광을 투과시키는 제2 창부와, 제1 광축과 제2 광축과의 교점을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고, 하우징은 제1 광 및 제2 광을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있고, 하우징, 제1 창부 및 제2 창부에 의해서 내부 공간이 획정(畵定)되어 있고, 내부 공간은 방전 가스에 의해서 채워져 있고, 제1 개구 및 제2 개구는, 제1 광축과 제2 광축이 서로 교차하도록 배치되어 있다.
이 발광 씰체에서는, 제1 광축과 제2 광축과의 교점을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극 및 제2 전극이 마련되어 있다. 이것에 의해, 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 전압을 인가함으로써, 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 하우징이, 제1 광 및 제2 광을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있다. 하우징, 제1 창부 및 제2 창부에 의해서 내부 공간이 획정되어 있고, 내부 공간이 방전 가스에 의해서 채워져 있다. 이것에 의해, 제1 광 및 제2 광이 제1 창부 및 제2 창부 이외의 부재를 투과하지 않기 때문에, 광의 손실을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있다.
제1 창부는 제1 광을 투과시키는 제1 창 부재를 가지고, 제2 창부는 제2 광을 투과시키는 제2 창 부재를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 제1 창부 및 제2 창부에 대해서 요망되는 특성에 따른 창 부재를 마련할 수 있다.
제1 창 부재 및 제2 창 부재는, 서로 동일한 재료에 의해 형성되어 있어도 되고, 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 원하는 파장역에 따라서, 최적의 재료를 선택할 수 있다.
제1 창 부재 및 제2 창 부재 각각은, 평판 모양으로 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 비점수차를 억제할 수 있다.
제1 창 부재 및 제2 창 부재 각각은, 다이아몬드, 사파이어, 석영, 코바르 유리 및 불화 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 예를 들면 적외 영역과 같은 파장이 긴 광이 제1 창 부재 및 제2 창 부재를 투과할 수 있다.
제1 창부는 하우징에 기밀하게 고정된 제1 프레임 부재를 더 가지고, 제2 창부는 하우징에 기밀하게 고정된 제2 프레임 부재를 더 가지며, 제1 창 부재는, 제1 접합재에 의해, 제1 프레임 부재에 기밀하게 접합되어 있고, 제2 창 부재는, 제2 접합재에 의해, 제2 프레임 부재에 기밀하게 접합되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 창 부재를 제1 프레임 부재에 양호하게 접합할 수 있음과 아울러, 제2 창 부재를 제2 프레임 부재에 양호하게 접합할 수 있다.
제1 접합재 및 제2 접합재 각각은, 금속 납재여도 되고, 보다 바람직하게는 티탄이 도프된 은납이어도 된다. 이 경우, 플라즈마에 의해 내부 공간의 온도가 고온이 된 발광 씰체에 있어서도, 확실하게 기밀을 유지할 수 있다.
하우징은 금속 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 방전 가스의 봉입(封入) 압력을 한층 더 높일 수 있다. 또한, 기계 가공에 의해 하우징을 형성할 수 있기 때문에, 제조 공차(公差)를 저감시켜 제조 정밀도를 향상시킬 수 있다. 하우징은 절연성 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 하우징에 유지되는 구성끼리를, 용이하게 전기적으로 분리할 수 있다.
제1 전극은 절연 부재를 개재하여 하우징에 고정되어, 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 전극에 하우징의 전위와는 독립된 전압을 인가할 수 있다.
제1 전극은 소정 방향을 따라서 연재(延在)하고 있고, 소정 방향에 있어서의 제1 전극의 일부인 제1 부분과, 제1 부분보다도 제2 전극의 근처에 위치하는 제2 부분을 가지고, 절연 부재는 제1 부분을 유지하고, 소정 방향과 수직인 평면을 따라서 연재하는 표면을 가지는 본체부와, 본체부의 표면으로부터 연재하여, 제2 부분을 둘러싸는 통 모양부를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 통 모양부에 의해, 제2 부분에 있어서의 내전압 능력을 향상시켜, 제1 전극과 하우징과의 사이의 방전을 억제할 수 있다.
본체부의 표면은, 조면화(粗面化)되어 있어도 된다. 이 경우, 본체부의 표면 부에 있어서의 내전압 능력을 향상시킬 수 있다.
본체부의 표면에는, 제1 전극 및 통 모양부 각각으로부터 이간(離間)하도록 오목부가 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 의도하지 않은 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
본체부의 표면에는, 제1 전극에 접촉하는 한편 통 모양부로부터 이간하도록 오목부가 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 의도하지 않은 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
제1 전극은 소정 방향을 따라서 연재하고 있고, 절연 부재는 소정 방향에 있어서의 제1 전극의 일부를 둘러싸는 피복부를 가지고 있어도 된다. 이 경우, 피복부에 의해, 제1 전극과 하우징과의 사이의 방전을 억제할 수 있다.
피복부는 제2 전극에 가까워짐에 따라 두께가 얇아지는 형상을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 제1 전극으로부터 절연 부재에 걸친 전계를 매끄럽게 형성할 수 있어, 전계의 흐트러짐에 기인하는 방전을 억제할 수 있다.
피복부의 외주면은, 조면화되어 있어도 된다. 이 경우, 피복부의 내전압 능력이 향상되어, 피복부에서의 연면(沿面) 방전을 억제할 수 있다.
제2 전극은 하우징에 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 하우징과의 접속에 의해서 제2 전극을 접지 전위로 할 수 있어, 접지 전위로 하기 위한 배선을 생략할 수 있다.
제1 전극은 제1 절연 부재를 개재하여 하우징에 고정되어, 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있고, 제2 전극은 제2 절연 부재를 개재하여 하우징에 고정되어, 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 전극 및 제2 전극에 개별적으로 전압을 인가할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 광원 장치는, 상기 발광 씰체와, 제1 광을 제1 광축을 따라서 제1 개구에 입사시키는 광 도입부를 구비한다. 이 광원 장치에 의하면, 상술한 이유에 의해, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있는 발광 씰체 및 광원 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 실시 형태에 따른 레이저 여기 광원의 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 발광 씰체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 일부 확대도이다. 도 6의 (b)는 제1 변형예의 일부 확대도이다.
도 7의 (a)는 도 6의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다. 도 7의 (b)는 도 6의 (b)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)는 제2 변형예의 일부 확대도이다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)는 제3 변형예의 일부 확대도이다. 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제4 변형예의 단면도이다.
도 11은 제5 변형예의 단면도이다.
도 12는 제6 변형예의 단면도이다.
도 13은 제7 변형예의 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 발광 씰체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 일부 확대도이다. 도 6의 (b)는 제1 변형예의 일부 확대도이다.
도 7의 (a)는 도 6의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다. 도 7의 (b)는 도 6의 (b)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)는 제2 변형예의 일부 확대도이다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)는 제3 변형예의 일부 확대도이다. 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제4 변형예의 단면도이다.
도 11은 제5 변형예의 단면도이다.
도 12는 제6 변형예의 단면도이다.
도 13은 제7 변형예의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 이용하고, 중복되는 설명을 생략한다.
[레이저 여기 광원의 구성]
도 1~도 5에 나타내지는 바와 같이, 레이저 여기 광원(광원 장치)(1)은, 발광 씰체(2)와, 레이저 광원(3)과, 미러(4)와, 광학계(5)와, 케이스(램프 하우스)(6)를 구비하고 있다. 발광 씰체(2), 레이저 광원(3), 미러(4) 및 광학계(5)는, 케이스(6) 내에 수용되어 있다. 발광 씰체(2)에는, 방전 가스(G1)가 봉입되어 있다. 방전 가스(G1)는 예를 들면 크세논 가스이다. 레이저 여기 광원(1)에서는, 방전 가스(G1) 중에 플라즈마가 발생시켜진다. 플라즈마를 유지하기 위한 레이저광인 제1 광(L1)이 발광 씰체(2)에 입사하고, 플라즈마로부터의 광인 제2 광(L2)이 발광 씰체(2)로부터 출력광으로서 출사한다. 제1 광은, 예를 들면 800nm~1100nm 정도의 파장을 가진다. 제2 광(L2)은, 예를 들면, 중(中)적외역의 광으로, 2㎛~20㎛ 정도의 파장을 가진다. 발광 씰체(2)의 상세에 대해서는 후술한다.
레이저 광원(3)은, 예를 들면 레이저 다이오드로서, 레이저광인 제1 광(L1)을 출력한다. 미러(4)는 레이저 광원(3)으로부터의 제1 광(L1)을 광학계(5)를 향하여 반사한다. 광학계(5)는 하나 또는 복수의 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 광학계(5)는 미러(4)로부터의 제1 광(L1)을 집광하면서 발광 씰체(2)로 도광한다. 레이저 광원(3), 미러(4) 및 광학계(5)는, 제1 광(L1)을 제1 광축(A1)을 따라서 제1 개구(11)에 입사시키는 광 도입부(R)를 구성하고 있다. 제1 개구(11) 및 제1 광축(A1)에 대해서는 후술한다.
케이스(6)는 본체부(61)와, 덮개 부재(62)를 가지고 있다. 본체부(61) 내에는, 수용 공간(S1)이 형성되어 있고, 수용 공간(S1) 내에는, 레이저 광원(3), 미러(4) 및 광학계(5)가 배치되어 있다. 본체부(61)에는 오목부(61a)가 형성되어 있고, 오목부(61a)의 개구부가 덮개 부재(62)에 의해서 닫히는 것에 의해, 수용 공간(S2)이 형성되어 있다. 수용 공간(S2) 내에는, 발광 씰체(2)가 배치되어 있다. 본체부(61)는 오목부(61a)를 획정하는 한 쌍의 벽부(611)를 가지고 있고, 각 벽부(611)에는, 발광 씰체(2)로부터 출사한 제2 광(L2)이 지나는 개구(611a)가 형성되어 있다. 제2 광(L2)은 개구(611a)를 지나 외부로 출사된다.
본체부(61)는 수용 공간(S1)과 오목부(61a)와의 사이를 구획하는 벽부(612)를 가지고 있고, 벽부(612)에 의해서, 수용 공간(S1)과 수용 공간(S2)가 구획되어 있다. 또한, 벽부(612)에는, 개구(612a)가 형성되어 있다. 개구(612a) 내에는 광학계(5)의 일부가 배치되어 있고, 제1 광(L1)은 개구(612a)를 지나 발광 씰체(2)에 입사한다.
덮개 부재(62) 내에는, 유로(63)가 형성되어 있다. 유로(63)에는, 기체(G2)가 흐른다. 기체(G2)는, 예를 들면, 질소 등의 불활성 가스이다. 유로(63)는 개구(63a)를 개재하여 외부에 접속되어 있고, 유로(63)에는, 외부의 기체 공급 장치(도시 생략)로부터 개구(63a)를 거쳐 기체(G2)가 공급된다. 유로(63)는 개구(63b)를 개재하여 본체부(61)의 수용 공간(S2)에 접속되어 있고, 기체(G2)는 유로(63)로부터 개구(63b)를 거쳐 수용 공간(S2)으로 유입된다.
기체(G2)는 본체부(61)의 벽부(611, 612)와 발광 씰체(2)와의 사이, 및/또는, 덮개 부재(62)와 발광 씰체(2)와의 사이를 지나, 통기구(613a)로부터 외부로 배출된다. 통기구(613a)는 수용 공간(S2)에 연통하도록 본체부(61)의 벽부(613)에 형성된 관통공이다. 벽부(613)는 한 쌍의 벽부(611)와의 경계부에 각각 형성된 한 쌍의 테이퍼면(613b)을 가지고 있다. 한 쌍의 테이퍼면(613b)은, 통기구(613a)에 가까워질수록 서로 가까워지도록 경사져 있다. 각 테이퍼면(613b)은, 통기구(613a)에 접속되어 있다. 테이퍼면(613b)은 기체(G2)를 통기구(613a)를 향하여 안내한다. 본체부(61)의 벽부(612)에는 관통공(612b)이 형성되어 있고, 유로(63)로부터 수용 공간(S2)으로 유입된 기체(G2)의 일부는, 관통공(612b)을 지나 수용 공간(S1)으로 유입된다.
[발광 씰체의 구성]
발광 씰체(2)는 하우징(10)과, 제1 창부(20)와, 2개의 제2 창부(30)와, 제1 전극(40)과, 제2 전극(50)을 구비하고 있다.
하우징(10)은 금속 재료에 의해 대략 상자 모양으로 형성되고, 방전 가스(G1)를 수용하고 있다. 보다 구체적으로는, 하우징(10) 내에는, 밀폐된 내부 공간(S3)이 형성되어 있고, 내부 공간(S3)이 방전 가스(G1)로 채워져 있다. 하우징(10)을 구성하는 금속 재료의 예로서는, 스테인리스강을 들 수 있다. 이 경우, 하우징(10)은 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)에 대해서 차광성을 가진다. 즉, 하우징(10)은 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있다.
하우징(10)에는, 제1 개구(11)와, 2개의 제2 개구(12)가 형성되어 있다. 제1 개구(11)에는, 제1 광(L1)이 제1 광축(A1)을 따라서 입사한다. 제1 개구(11)는, 예를 들면, 제1 광축(A1)과 평행한 방향(이하, Z축 방향이라고도 함)에서 보았을 경우에, 원 형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 제1 광축(A1)은, Z축 방향에서 보았을 경우에, 제1 개구(11)의 중심을 지나고 있다. 제1 개구(11)는 내측 부분(11a)과, 중간 부분(11b)과, 외측 부분(11c)을 포함하고 있다. 내측 부분(11a)은 내부 공간(S3)으로 개구되어 있다. 외측 부분(11c)은 외부로 개구되어 있다. 중간 부분(11b)은 내측 부분(11a) 및 외측 부분(11c)에 접속되어 있다. 내측 부분(11a), 중간 부분(11b) 및 외측 부분(11c) 각각은, 예를 들면 원통 형상을 가지고 있다. 중간 부분(11b)의 직경(외형)은, 내측 부분(11a)의 직경(외형)보다도 크고, 외측 부분(11c)의 직경(외형)은, 중간 부분(11b)의 직경(외형)보다도 크다. 외측 부분(11c)에는 광학계(5)의 일부가 배치되어 있다.
각 제2 개구(12)로부터는, 제2 광(L2)이 제2 광축(A2)을 따라서 출사한다. 각 제2 개구(12)는, 예를 들면, 제2 광축(A2)과 평행한 방향(이하, Y축 방향이라고도 함)에서 보았을 경우에, 원 형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 제2 광축(A2)은, Y축 방향에서 보았을 경우에, 제2 개구(12)의 중심을 지나고 있다. 각 제2 개구(12)는, 내측 부분(12a)과, 중간 부분(12b)과, 외측 부분(12c)을 포함하고 있다. 내측 부분(12a)은 내부 공간(S3)으로 개구되어 있다. 외측 부분(12c)은 외부로 개구되어 있다. 중간 부분(12b)은 내측 부분(12a) 및 외측 부분(12c)에 접속되어 있다. 내측 부분(12a), 중간 부분(12b) 및 외측 부분(12c) 각각은, 예를 들면 원통 형상을 가지고 있다. 중간 부분(12b)의 직경(외형)은, 내측 부분(12a)의 직경(외형)보다도 크고, 외측 부분(12c)의 직경(외형)은, 중간 부분(12b)의 직경(외형)보다도 크다.
제1 광축(A1)은 내부 공간(S3) 내에 있어서 제2 광축(A2)과 교차하고 있다. 즉, 제1 개구(11) 및 제2 개구(12)는, 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)은, 내부 공간(S3) 내에 위치하고 있다. 이 예에서는, 제1 광축(A1)은 제2 광축(A2)과 수직으로 교차하고 있지만, 제1 광축(A1)은 직각 이외의 각도로 제2 광축(A2)과 교차하고 있어도 된다. 제1 광축(A1)은 제2 광축(A2)과 평행하지 않다. 제1 광축(A1)은 제2 개구(12)를 지나고 있지 않고, 제2 광축(A2)은 제1 개구(11)를 지나고 있지 않다.
제1 창부(20)는 제1 개구(11)를 기밀하게 씰링하고 있다. 제1 창부(20)는 제1 창 부재(21)와, 제1 프레임 부재(22)를 가지고 있다. 제1 창 부재(21)는, 예를 들면, 제1 광(L1)을 투과시키는 투광성 재료에 의해, 원형 평판 모양으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 제1 창 부재(21)는 사파이어에 의해 형성되어 있고, 5㎛ 이하의 파장의 광을 투과시킨다.
제1 프레임 부재(22)는, 예를 들면, 코바르 금속에 의해 프레임 모양으로 형성되어 있다. 제1 프레임 부재(22)는 전체적으로 대략 원통 모양으로 형성되어 있다. 제1 프레임 부재(22)는 원통 모양의 제1 부분(22a)과, 제1 부분(22a)과 일체적으로 형성된 원통 모양의 제2 부분(22b)을 가지고 있다. 제2 부분(22b)의 외형은, 제1 부분(22a)의 외형보다도 크다.
제1 창 부재(21)는 제1 부분(22a) 내에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제1 부분(22a)의 내면과 제2 부분(22b)의 내면과의 사이의 경계부에는, 내측을 향하여 돌출된 원형 링 모양의 돌출부(22c)가 형성되어 있고, 제1 창 부재(21)는, 돌출부(22c)에 접촉한 상태에서, 제1 부분(22a) 내에 배치되어 있다. 이 상태에 있어서는, 제1 창 부재(21)의 측면(21a)이, 제1 부분(22a)의 내면에 접촉하고 있다.
제1 창 부재(21)의 측면(21a)은, 접합재(제1 접합재)(23)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 제1 부분(22a)의 내면에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제1 창 부재(21)와 제1 프레임 부재(22)와의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(23)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다. 티탄이 도프된 은납이란, 예를 들면 은이 70%, 동이 28%, Ti이 2%로 하는 조성으로 구성된 납재이며, 예를 들면 도쿄 브레이즈(TOKYO BRAZE) 주식회사의 TB-608T이다.
제2 부분(22b)의 외면에는, 외측을 향하여 돌출된 원형 링 모양의 플랜지부(22d)가 형성되어 있다. 제1 프레임 부재(22)는, 플랜지부(22d)가 제1 개구(11)의 중간 부분(11b) 내에 배치된 상태에서, 하우징(10)에 고정되어 있다. 이 상태에 있어서는, 제1 프레임 부재(22)의 제1 부분(22a)의 일부가 제1 개구(11)로부터 돌출되어 있다. 제1 창 부재(21)는 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)과 마주보도록 배치되어 있다. 이 예에서는, 제1 창 부재(21)의 광 입사면 및 광 출사면은, Z축 방향과 수직으로 연재하는 평탄면이다.
제1 프레임 부재(22)는, 레이저 용접에 의해, 하우징에 기밀하게 고정되어 있다. 보다 구체적으로는, 플랜지부(22d)와 제1 개구(11)의 중간 부분(11b)의 내면과의 사이의 접촉 부분에 외측으로부터 레이저를 조사하여 전체 둘레에 걸쳐서 용접하는 것에 의해, 제1 프레임 부재(22)가 하우징(10)에 기밀하게 접합되어 있다. 도 4, 도 5에서는, 용접 개소가 부호 W로 나타내져 있다. 이것에 의해, 제1 프레임 부재(22)와 하우징(10)과의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 이와 같이, 제1 창 부재(21)는 접합재(23)에 의해 제1 프레임 부재(22)에 기밀하게 접합되어 있고, 제1 프레임 부재(22)를 개재하여 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 제1 창 부재(21)와 하우징(10)과의 사이에 제1 프레임 부재(22)가 개재하고 있음으로써, 제1 창 부재(21)와 하우징(10)과의 사이의 열팽창률의 차에 기인하는 결함을 억제할 수 있다.
각 제2 창부(30)는 제2 개구(12)를 기밀하게 씰링하고 있다. 각 제2 창부(30)는, 제2 창 부재(31)와, 제2 프레임 부재(32)를 가지고 있다. 제2 창 부재(31)는, 예를 들면, 제2 광(L2)을 투과시키는 투광성 재료에 의해, 원형 평판 모양으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 제2 창 부재(31)는 다이아몬드에 의해 형성되어 있고, 20㎛ 이하의 파장의 광을 투과시킨다.
제2 프레임 부재(32)는, 예를 들면, 코바르 금속에 의해 프레임 모양으로 형성되어 있다. 제2 프레임 부재(32)는 전체적으로 대략 원통 모양으로 형성되어 있다. 제2 프레임 부재(32)는 원통 모양의 제1 부분(32a)과, 제1 부분(32a)과 일체적으로 형성된 원통 모양의 제2 부분(32b)을 가지고 있다. 제2 부분(32b)의 외형은, 제1 부분(32a)의 외형보다도 크다.
제2 창 부재(31)는 제1 부분(32a) 내에 배치되어 있다. 구체적으로는, 제1 부분(32a)은 내부에 배치부(32c)를 가지고 있고, 제2 창 부재(31)는 배치부(32c) 내에 배치되어 있다. 이 상태에 있어서는, 제2 창 부재(31)의 측면(31a)에 있어서의 교점(C)과는 반대측의 일부가, 제1 부분(32a)의 내면에 접촉하고 있다. 제2 프레임 부재(32) 내의 공간은, 배치부(32c)에 접속된 중간 부분(32d)과, 중간 부분(32d)에 접속된 외측 부분(32e)을 더 포함하고 있다. 중간 부분(32d)은 외측으로 향함에 따라 직경(외형)이 커지는 원뿔대 형상을 가지고 있다. 외측 부분(32e)은 중간 부분(32d)보다도 큰 직경(외형)을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있다.
제2 창 부재(31)의 측면(31a)은, 접합재(제2 접합재)(33)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 제1 부분(32a)의 내면에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제2 창 부재(31)와 제2 프레임 부재(32)와의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(33)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다.
제2 부분(32b)의 외면에는, 외측을 향하여 돌출된 원형 링 모양의 플랜지부(32f)가 형성되어 있다. 제2 프레임 부재(32)는, 플랜지부(32f)가 제2 개구(12)의 중간 부분(12b) 내에 배치된 상태에서, 하우징(10)에 고정되어 있다. 이 상태에 있어서는, 제2 프레임 부재(32)의 제1 부분(32a)의 일부가 제2 개구(12)로부터 돌출되어 있다. 제2 창 부재(31)는 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)과 마주보도록 배치되어 있다. 이 예에서는, 제2 창 부재(31)의 광 입사면 및 광 출사면은, Y축 방향과 수직으로 연재하는 평탄면이다.
제2 프레임 부재(32)는, 레이저 용접에 의해, 하우징에 기밀하게 고정되어 있다. 보다 구체적으로는, 플랜지부(32f)와 제2 개구(12)의 중간 부분(12b)의 내면과의 사이의 접촉 부분에 외측부터 레이저를 조사하여 전체 둘레에 걸쳐서 용접하는 것에 의해, 제2 프레임 부재(32)가 하우징(10)에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제2 프레임 부재(32)와 하우징(10)과의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 이와 같이, 제2 창 부재(31)는 접합재(33)에 의해 제2 프레임 부재(32)에 기밀하게 접합되어 있고, 제2 프레임 부재(32)를 개재하여 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 제2 창 부재(31)와 하우징(10)과의 사이에 제2 프레임 부재(32)가 개재하고 있음으로써, 제2 창 부재(31)와 하우징(10)과의 사이의 열팽창률의 차에 기인하는 결함을 억제할 수 있다.
제1 전극(40)은 Y축 방향 및 Z축 방향 양방과 수직인 X축 방향(소정 방향)을 따라서 연재하고 있다. 제1 전극(40)은 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)을 사이에 두고 제2 전극(50)과 마주보고 있다. X축 방향에 있어서, 교점(C)과 제1 전극(40)의 선단과의 사이의 거리는, 교점(C)과 제2 전극(50)의 선단과의 사이의 거리와 동일하다. 제1 전극(40)은 예를 들면 텅스텐 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 제1 전극(40)은 기단(基端)측에 있어서 제1 절연 부재(7)를 개재하여 하우징(10)에 고정되어, 하우징(10)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 제1 전극(40)은 전체적으로 대략 막대 모양으로 형성되어 있다. 제1 전극(40)은 기단측의 제1 지지부(제1 부분)(41)와, 제1 지지부(41)보다도 제2 전극(50)의 근처의 선단측에 위치하는 제1 방전부(제2 부분)(42)를 가지고 있다. 제1 방전부(42)는 제1 지지부(41)보다도 소경이고, 또한 첨두(尖頭) 형상을 가지고 있다. 제1 지지부(41)와 제1 방전부(42)와의 사이의 경계 부분에는, 테이퍼부(42s)가 형성되어 있다. 테이퍼부(42s)는 제1 지지부(41)에 가까워짐에 따라 지름이 커지도록 경사진 표면을 가지고 있다. 테이퍼부(42s)는 후술하는 본체부(71)의 표면(71a)에 대해서 오목한 곳을 형성하도록 하는 위치 관계로 배치되어 있다. 테이퍼부(42s)의 이와 같은 배치에 의해, 후술하는 트리플 정션(triple junction)(P)에 있어서 발생한 전자(E)를 오목한 곳에서 포착할 수 있다. 제1 지지부(41)는 X축 방향에 있어서의 제1 전극(40)의 중간부(일부)이다. 제1 지지부(41)에 있어서의 제1 방전부(42)와는 반대측의 기단측 단부(41a)는, 단부(41a) 이외의 부분과 비교하여 굵게 형성되어 있다. 제1 방전부(42)는 막대 모양으로 형성되고, 하우징(10) 내(즉 내부 공간(S3) 내)에 배치되어 있다.
제1 절연 부재(7)는 본체부(71)와, 통 모양부(72)를 가지고 있다. 제1 절연 부재(7)는 예를 들면 알루미나(산화 알류미늄) 또는 세라믹 등의 절연성 재료에 의해 형성되어 있다. 본체부(71)는 예를 들면 원기둥 모양으로 형성되고, 제1 전극(40)의 제1 지지부(41)를 유지하고 있다. 본체부(71)는 X축 방향과 수직인 표면(71a)을 가지고 있다. 표면(71a)은 내부 공간(S3)에 노출되는 표면이다. 표면(71a)에는, X축 방향을 따라서 본체부(71)를 관통하는 삽입 구멍(71b)이 형성되어 있고, 제1 지지부(41)는 삽입 구멍(71b) 내에 배치되어, 고정되어 있다. 통 모양부(72)는 본체부(71)의 표면(71a)으로부터 X축 방향을 따라서 연재하도록 원통 모양으로 형성되어 있고, 제1 방전부(42)에 있어서의 제1 지지부(41)측(기단측)의 일부를 둘러싸고 있다.
제1 지지부(41)의 단부(41a)는, 접합재(43)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 삽입 구멍(71b)의 내면에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제1 전극(40)과 제1 절연 부재(7)와의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(43)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다.
본체부(71)의 표면(71a)은 조면화되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 오목부(73)가 표면(71a)에 형성되어 있는 것에 의해, 표면(71a)이 조면화되어 있다. 오목부(73)는, X축 방향에서 보았을 경우에, 제1 방전부(42)를 둘러싸도록 원형 링 모양으로 연재하고 있다. 오목부(73)는 제1 전극(40) 및 통 모양부(72) 각각으로부터 이간하도록 배치되어 있다. X축 방향과 평행한 단면에 있어서의 오목부(73)의 형상은, 예를 들면 직사각형 모양이다.
제1 절연 부재(7)는 접속 부재(8)를 개재하여 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 제1 절연 부재(7)의 본체부(71)의 외면에는, 외측을 향하여 돌출된 원형 링 모양의 플랜지부(74)가 형성되어 있다. 접속 부재(8)는 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 접속 부재(8)는 원통 모양의 제1 부분(81)과, 제1 부분(81)의 제1 단부(81a)로부터 지름 방향의 내측을 향하여 연장되는 원환(圓環) 평판 모양의 제2 부분(82)을 가지고 있다. 제2 부분(82)의 선단은, 본체부(71)의 외면에 접촉하고 있다. 플랜지부(74)는 제1 부분(81) 및 제2 부분(82)에 접촉하고 있다.
접속 부재(8)의 제2 부분(82)은, 접합재(83)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 제1 절연 부재(7)의 본체부(71)의 외면에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 접속 부재(8)와 제1 절연 부재(7)와의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(83)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다.
접속 부재(8)는, 레이저 용접에 의해, 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 보다 구체적으로는, 하우징(10)에는, 제3 개구(13)가 형성되어 있다. 제1 절연 부재(7)의 통 모양부(72)는, 제3 개구(13) 내에 제3 개구(13)로부터 이간한 상태로 배치되어 있다. 접속 부재(8)는 제1 부분(81)의 제2 단부(81b)가 제3 개구(13)의 개구 가장자리에 접촉하도록 배치되어 있다. 제1 부분(81)과 제3 개구(13)의 개구 가장자리와의 사이의 접촉 부분에 외측으로부터 레이저를 조사하여 전체 둘레에 걸쳐서 용접하는 것에 의해, 접속 부재(8)가 하우징(10)에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 접속 부재(8)와 하우징(10)과의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 이와 같이, 제1 절연 부재(7)는 접속 부재(8)에 기밀하게 접합되어 있고, 접속 부재(8)를 개재하여 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 이 상태에 있어서는, 제1 전극(40)이 제3 개구(13)를 관통하도록 연재한다. 제3 개구(13)는 제1 전극(40), 제1 절연 부재(7) 및 접속 부재(8)에 의해서 기밀하게 씰링되어 있다. 접속 부재(8)는 하우징(10)의 일부를 구성하고 있다고 간주할 수도 있다.
제2 전극(50)은 X축 방향을 따라서 연재하고 있다. 제2 전극(50)의 선단은, 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)을 사이에 두고 제1 전극(40)과 마주보고 있다. 제2 전극(50)은 예를 들면 텅스텐 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 제2 전극(50)은 하우징(10)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 전극(50)은, 전체적으로, 제1 전극(40)보다도 지름이 큰 대략 막대 모양으로 형성되어 있다. 제2 전극(50)은 기단측의 제2 지지부(51)와, 제2 지지부(51)보다도 제1 전극(40)의 근처의 선단측에 위치하고, 첨두 형상을 가지는 제2 방전부(52)를 가지고 있다. 제2 지지부(51)는 X축 방향에 있어서의 제2 전극(50)의 중간부(일부)이다. 제2 방전부(52)는 막대 모양으로 형성되고, 하우징(10) 내(즉 내부 공간(S3) 내)에 배치되어 있다.
하우징(10)에는, 제4 개구(14)가 형성되어 있다. 제2 전극(50)의 제2 지지부(51)는, 제2 지지부(51)의 외면이 제4 개구(14)의 내면에 접촉하도록, 제4 개구(14) 내에 배치되어 있다. 제2 지지부(51)는, 접합재(53)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 제4 개구(14)의 내면에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제2 전극(50)과 하우징(10)과의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(53)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다.
하우징(10)에는, 내부 공간(S3)에 방전 가스(G1)를 봉입하기 위한 봉입 구멍(15)이 형성되어 있다. 봉입 구멍(15)에는, 봉입관(16)이 접속되어 있다. 봉입관(16)은 예를 들면 동 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 봉입관(16)에 있어서의 봉입 구멍(15)과는 반대측의 단부(16a)는, 씰링되어 있다. 봉입관(16)에는, 씰링된 단부(16a)를 덮도록 보호 부재(17)가 장착되어 있다. 보호 부재(17)는 예를 들면 고무 등의 수지 재료에 의해 형성되어 있다.
봉입관(16)의 외면은, 접합재(18)에 의해, 전체 둘레에 걸쳐서, 봉입 구멍(15)의 내면에 접합되어 있다. 이것에 의해, 봉입관(16)과 하우징(10)과의 사이가 기밀하게 씰링되어 있다. 접합재(18)는, 예를 들면, 금속 납재이며, 보다 구체적으로는 티탄이 도프된 은납이다. 방전 가스(G1)의 봉입시에는, 예를 들면, 봉입관(16)을 거쳐 방전 가스(G1)를 내부 공간(S3)에 도입한 후에, 봉입관(16)을 짓누르면서 눌러자르는(잘라내는) 것에 의해, 봉입관(16)의 단부(16a)가 씰링된다. 그 후, 봉입관(16)에 보호 부재(17)가 장착된다. 이와 같은 직접 봉입 수법은, 액체 질소를 이용한 트랩법과 비교하여 다음의 점에서 유리하다. 즉, 트랩법에서는, 발광 씰체를 액체 질소 내에 배치했을 때에, 창 부재가 변형될 우려가 있다. 직접 봉입 수법에서는, 그와 같은 사태를 억제할 수 있다. 또한, 트랩법에서는 봉입 압력에 편차가 생길 우려가 있지만, 직접 봉입 수법에서는, 그와 같은 편차를 억제할 수 있다. 트랩법은 유리 밸브 내에 방전 가스를 봉입할 때에 이용되는 경우가 있다.
발광 씰체(2)에서는, 하우징(10), 제1 창부(20) 및 제2 창부(30)에 의해서 내부 공간(S3)이 획정되어 있다. 발광 씰체(2)에서는, 제1 전극(40), 제2 전극(50), 제1 절연 부재(7), 접속 부재(8) 및 봉입관(16)에 의해서도, 내부 공간(S3)이 획정되어 있다. 내부 공간(S3) 전체는, 방전 가스(G1)에 의해서 채워져 있다. 즉, 내부 공간(S3)에는, 방전 가스(G1)가 충전되어 있다. 방전 가스(G1)는 제1 창 부재(21) 및 제1 프레임 부재(22), 그리고 제2 창 부재(31) 및 제2 프레임 부재(32)에 접촉하고 있다. 방전 가스(G1)의 봉입 압력(최대 봉입 압력)은, 예를 들면 5MPa(50기압) 정도이다. 발광 씰체(2)는 15MPa 이상의 내압에 견딜 수 있다.
[레이저 여기 광원의 동작예]
레이저 여기 광원(1)에서는, 하우징(6) 내에 배치된 전압 인가 회로(전압 인가부)(도시 생략)에 의해, 제2 전극(50)을 접지 전위로 하여, 제1 전극(40)에 음의 전압 펄스가 인가된다. 이것에 의해, 제1 전극(40)으로부터 제2 전극(50)을 향하여 전자가 방출된다. 그 결과, 아크 방전이 발생하여, 제1 전극(40)과 제2 전극(50)과의 사이에(교점(C)에) 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마에, 광 도입부(R)로부터의 제1 광(L1)이, 제1 창 부재(21)를 거쳐 조사된다. 이것에 의해, 발생한 플라즈마가 유지된다. 플라즈마로부터의 광인 제2 광(L2)은, 출력광으로서, 제2 창 부재(31)를 거쳐 외부로 출사된다. 레이저 여기 광원(1)에서는, 2개의 제2 창 부재(31)로부터, Y축 방향의 양측을 향하여 제2 광(L2)이 출사된다. 또한, 제1 전극(40)에는, 플라즈마를 발생시키기 위한 트리거 전압으로서, 양의 전압 펄스가 인가되어도 된다. 이 경우, 제2 전극(50)으로부터 제1 전극(40)을 향하여 전자가 방출된다.
[작용 및 효과]
발광 씰체(2)에서는, 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)이 마련되어 있다. 이것에 의해, 제1 전극(40)과 제2 전극(50)과의 사이에 전압을 인가함으로써, 제1 전극(40)과 제2 전극(50)과의 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 하우징(10)이, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있다. 하우징(10), 제1 창부(20) 및 제2 창부(30)에 의해서 내부 공간(S3)이 획정되어 있고, 내부 공간(S3)이 방전 가스(G1)에 의해서 채워져 있다. 이것에 의해, 차광성 재료로서는 예를 들면 금속 재료 등의 비교적 강도가 높은 재료를 선택할 수 있기 때문에, 방전 가스(G1)의 봉입 압력을 높일 수 있다. 그 결과, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있다. 또한, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)이 제1 창부(20) 및 제2 창부(30) 이외의 부재를 투과하지 않기 때문에, 광의 손실을 저감시킬 수 있다. 이것에 의해서도, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있다. 또한, 제1 개구(11) 및 제2 개구(12)가, 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)이 서로 교차하도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 제1 광(L1)이 제2 개구(12)로부터 출사하여 제2 광(L2)에 혼입하는 것을 억제할 수 있고, 그 결과, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 따라서, 발광 씰체(2)에 의하면, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다.
제1 창 부재(21)가 사파이어에 의해 형성되어 있고, 제2 창 부재(31)가 다이아몬드에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면 적외 영역과 같은 파장이 긴 광이 제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31)를 투과할 수 있다.
제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31) 각각이, 평판 모양으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 비점수차를 억제할 수 있다. 예를 들면, 만곡면을 가지는 유리 하우징 내에 한 쌍의 전극이 배치된 발광 씰체에 있어서는, 만곡면을 레이저광 및 출력광이 투과하는 것에 의해 비점수차가 발생하지만, 발광 씰체(2)에서는, 그와 같은 비점수차의 발생을 억제할 수 있다.
제1 창 부재(21)가, 티탄이 도프된 은납에 의해, 제1 프레임 부재(22)에 기밀하게 접합되어 있고, 제2 창 부재(31)가, 티탄이 도프된 은납에 의해, 제2 프레임 부재(32)에 기밀하게 접합되어 있다. 이것에 의해, 제1 창 부재(21)를 제1 프레임 부재(22)에 양호하게 접합할 수 있음과 아울러, 제2 창 부재(31)를 제2 프레임 부재(32)에 양호하게 접합할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 티탄이 도프되어 있지 않은 은납에 의해 다이아몬드로 이루어지는 창 부재를 코바르 금속으로 이루어지는 프레임 부재에 접합한 구성에 있어서는, 은납이 겉돌고, 잘 융합하지 않는 경우가 있는 것을 발견했다. 본 발명자들은, 티탄이 도프된 은납에 의해 창 부재를 프레임 부재에 접합함으로써, 은납이 융합하기 쉬워져, 창 부재를 프레임 부재에 양호하게 접합할 수 있는 것을 발견했다.
하우징(10)이 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 방전 가스(G1)의 봉입 압력을 한층 더 높일 수 있다. 또한, 기계 가공에 의해 하우징(10)을 형성할 수 있기 때문에, 제조 공차를 저감시켜 제조 정밀도를 향상시킬 수 있다.
제2 전극(50)이, 하우징(10)에 전기적으로 접속되어 있다. 이것에 의해, 하우징(10)과의 접속에 의해서 제2 전극(50)을 접지 전위로 할 수 있어, 접지 전위로 하기 위한 배선을 생략할 수 있다.
제1 전극(40)이, 제1 절연 부재(7)를 개재하여 하우징(10)에 고정되어, 하우징(10)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 이것에 의해, 제1 전극(40)에 하우징(10)의 전위(접지 전위)와는 독립된 전압을 인가할 수 있다.
제1 절연 부재(7)가, 제1 전극(40)의 제1 지지부(41)를 유지하는 본체부(71)를 가지고, 본체부(71)의 표면(71a)에는, 오목부(73)가 형성되어 있다. 방전 가스(G1)의 봉입 압력이 높아질수록, 파셴의 법칙에 따라서 방전 개시 전압이 높아진다. 그 때문에, 제1 전극(40)과 제2 전극(50)과의 사이에 인가하는 전압을 크게 할 필요가 있다. 한편, 인가 전압이 큰 경우, 방전 가스(G1)와 제1 절연 부재(7)와 제1 전극(40)이 서로 접하는 트리플 정션의 근방에 있어서 발생한 전자에 기인하여, 하우징(10)의 내부에서 의도하지 않은 방전이 발생할 우려가 있다. 이 점, 발광 씰체(2)에서는, 제1 절연 부재(7)의 본체부(71)의 표면(71a)에 오목부(73)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 트리플 정션에서 발생한 전자가 표면(71a)을 따라서 이동하여 통 모양부(72)에 이르는 것을 억제할 수 있어, 상술한 의도하지 않은 방전의 발생을 억제할 수 있다.
이 점에 대해서 도 6의 (a)~도 7의 (b)를 참조하면서 더 설명한다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에서는, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 구성에 있어서 생기는 전계 분포가 등전위선에 의해 나타내져 있다. 등전위선 간에 있어서는, 제1 전극(40)에 가까운 등전위선일수록, 전위가 낮다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에서는, 도면 중 하측만이 나타내져 있지만, 상측에 대해서도 마찬가지의 전계 분포가 생긴다. 이러한 점은 후술하는 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)에 대해서도 마찬가지이다.
도 6의 (b)에 나타내지는 제1 변형예에서는, 오목부(73)가 형성되어 있지 않고, 본체부(71)의 표면(71a)이 평탄하다. 방전 가스(G1)와 제1 절연 부재(7)와 제1 전극(40)이 서로 접하는 트리플 정션(P)의 근방에 있어서는, 전자(E)가 발생하기 쉽다. 전자(E)는 도 7의 (b)에 나타내지는 바와 같이 생긴 전계에 의해 제1 절연 부재(7)의 표면을 호핑(hopping)하여 이동하고, 제1 절연 부재(7)의 표면을 양으로 대전시킨다. 이 양의 대전에 전자가 이끌림으로써, 2차 전자 증배가 일어날 수 있다. 그 결과, 가속도적으로 증가한 2차 전자가 제1 절연 부재(7)의 표면 상에 있어서 방전 가스(G1)의 분자와 충돌하여, 분자를 유리(遊離)시킴으로써, 연면 방전이 일어날 수 있다.
이것에 대해, 도 6의 (a)에 나타내지는 바와 같이, 발광 씰체(2)에서는, 제1 절연 부재(7)의 본체부(71)의 표면(71a)에 오목부(73)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 트리플 정션(P)에서 발생한 전자(E)를 오목부(73)에 의해서 포착할 수 있다. 그 결과, 전자(E)가 표면(71a)을 따라서 이동하여 통 모양부(72)에 이르는 것을 억제할 수 있어, 상술한 의도하지 않은 방전의 발생을 억제할 수 있다. 발광 씰체(2)에서는, 도 7의 (a)에 나타내지는 바와 같이 전계가 생긴다.
또한, 발광 씰체(2)에서는, 오목부(73)가, 제1 전극(40) 및 통 모양부(72) 각각으로부터 이간하도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 의도하지 않은 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
[변형예]
도 8의 (a)에 나타내지는 제2 변형예에서는, 오목부(73)가, 제1 전극(40)에 접촉하는 한편 통 모양부(72)로부터 이간하도록, 배치되어 있다. 제2 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 트리플 정션(P)에 있어서 발생한 전자(E)를 오목부(73)에 의해서 포착할 수 있어, 의도하지 않은 방전의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 제2 변형예에서는, 도 8의 (b)에 나타내지는 바와 같이 전계가 생긴다.
도 9의 (a)에 나타내지는 제3 변형예에서는, 제1 절연 부재(7)가, X축 방향에 있어서의 제1 전극(40)의 기단측의 일부를 둘러싸는 피복부(75)를 가지고 있다. 피복부(75)의 내주면(75b)은, 제1 지지부(41)의 선단측의 일부와, 제1 방전부(42)의 기단측의 일부를 둘러싸고 있다. 내주면(75b)과 제1 전극(40)의 외주면과의 사이에는, 제1 방전부(42)의 기단측의 테이퍼부(42s)까지 연재하는 틈새(75s)가 형성되어 있다. 피복부(75)는 제2 전극(50)에 가까워짐에 따라 두께가 얇아지는 형상을 가지고 있고, 피복부(75)의 외주면(75a)은 테이퍼면으로 되어 있다. 피복부(75)의 외주면(75a)은 조면화되어 있다. 제3 변형예에 있어서는, 제1 전극(40) 주위에 연재하는 복수의 홈(76)이 외주면(75a)에 형성되어 있는 것에 의해, 외주면(75a)이 조면화되어 있다. 복수의 홈(76)은, X축 방향을 따라서 늘어서 있다. 각 홈(76)은, 제1 전극(40)을 둘러싸도록 원형 링 모양으로 연재하고 있다. X축 방향과 평행한 단면에 있어서의 홈(76)의 형상은, 예를 들면 반원 형상이다.
제3 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 틈새(75s)에 의해서 트리플 정션(P)에서 발생한 전자가 피복부(75)의 외주면(75a)에까지 도달하기 어렵게 함과 아울러, 복수의 홈(76)에 의해서 외주면(75a)을 따라서 전자가 이동하는 것을 억제할 수 있어, 의도하지 않은 방전의 발생을 억제할 수 있다. 즉, 제3 변형예에서는, 도 9의 (b)에 나타내지는 바와 같이 전계가 생긴다. 전자는 등전위선이 늘어서는 방향으로(전계에 수직으로) 이동하기 쉽고, 등전위선을 따라서는 이동하기 어렵다. 그 때문에, 제3 변형예에서는, 트리플 정션(P)에서 발생한 전자가, 피복부(75)의 외주면(75a)을 따라서 이동하기 어렵다.
도 10에 나타내지는 제4 변형예에서는, 제2 전극(50)이, 제2 절연 부재(7A)를 개재하여 하우징(10)에 고정되어, 하우징(10)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 제2 절연 부재(7A)는 접속 부재(8A)를 개재하여 하우징(10)에 기밀하게 고정되어 있다. 제2 절연 부재(7A)는 제1 절연 부재(7)와 마찬가지로 구성 및 접속되어 있고, 접속 부재(8A)는 접속 부재(8)과 마찬가지로 구성 및 접속되어 있다.
제4 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 제2 전극(50)이 하우징(10)으로부터 전기적으로 분리되어 있기 때문에, 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)에 개별적으로 전압을 인가할 수 있다. 예를 들면, 음의 전압 펄스가 제1 전극(40)에 인가되는 타이밍에 맞추어, 양의 전압 펄스가 제2 전극(50)에 인가되어도 된다. 이 경우, 제1 전극(40)에만 음의 전압 펄스를 인가하는 경우와 비교하여, 제1 전극(40)에 인가되는 음의 전압 펄스, 및 제2 전극(50)에 인가되는 양의 전압 펄스 각각의 피크 전압의 절대값을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 음의 전압 펄스 및 양의 전압 펄스를 발생시킬 때에 생기는 노이즈를 저감시킬 수 있다.
도 11에 나타내지는 제5 변형예에서는, 하우징(10) 내에 미러(91)가 배치되어 있다. 미러(91)는 제1 광축(A1)과 제2 광축(A2)과의 교점(C)을 사이에 두고 제1 창 부재(21)와 마주보고 있다. 제5 변형예에서는, 제1 창 부재(21)로부터 플라즈마에 조사된 제1 광(L1) 중, 플라즈마를 빠져나간 제1 광(L1)이, 미러(91)에 의해 집광되면서 플라즈마로 되돌려진다. 제5 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 플라즈마를 빠져나간 제1 광(L1)을 미러(91)에 의해서 플라즈마로 되돌릴 수 있기 때문에, 한층 더 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있다.
도 12에 나타내지는 제6 변형예에서는, 제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31) 각각이 렌즈 형상을 가지고 있다. 제6 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31)에 렌즈 효과를 갖게 할 수 있어, 빔 지름을 작게 할 수 있다.
도 13에 나타내지는 제7 변형예에서는, 하우징(10) 내에, 절연 부재(공간 제한 부재)(93)가 배치되어 있다. 절연 부재(93)는, 예를 들면, 세라믹 등의 절연성 재료에 의해 블록 모양으로 형성되어 있다. 절연 부재(93)는, 내부 공간(S3) 중, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)의 광로 이외의 영역을 메우도록, 배치되어 있다. 도 13에 나타내지는 바와 같이, 제1 광(L1)은 집광되면서 교점(C)을 향하고, 제2 광(L2)은 확장되면서 교점(C)으로부터 외부로 향한다. 절연 부재(93)는 제1 광(L1)이 입사하는 제1 개구(93a)와, 제2 광(L2)이 출사하는 2개의 제2 개구(93b)를 가지고 있다. 제7 변형예에 의해서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 고효율화 및 고출력화를 도모할 수 있음과 아울러, 출력광의 품질을 높일 수 있다. 또한, 하우징(10) 내에서의 리크 전류의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 내부 공간(S3)이 절연 부재(93)에 의해 메워져 있기 때문에, 내부 공간(S3)에 있어서의 방전 가스(G1)에 의한 대류(對流)를 억제할 수 있고, 그 결과, 대류에 의해 발광점이 흔들리는 사태를 억제할 수 있다.
본 개시는 상기 실시 형태 및 변형예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 각 구성의 재료 및 형상에는, 상술한 재료 및 형상으로 한정되지 않고, 다양한 재료 및 형상을 채용할 수 있다. 제1 개구(11) 및 제2 개구(12)의 형상은, 원 형상으로 한정되지 않고, 다양한 형상으로 되어도 된다. 제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31)의 형상은, 원형 판 모양으로 한정되지 않고, 다양한 형상으로 되어도 된다. 본체부(71)의 표면(71a) 및/또는 피복부(75)의 외주면(75a)에 있어서의 조면화는, 오목부 또는 홈을 형성하는 것으로 한정되지 않고, 볼록부의 형성 또는 요철(凹凸)부의 형성에 의해 행해져도 된다. 본 개시에 있어서, 「A 및/또는 B」란, 「A 및 B 중 적어도 일방」을 의미한다.
접합재(23)는 티탄이 도프되어 있지 않은 은납이어도 되고, 티탄납 또는 니켈납이어도 된다. 이 점은, 접합재(18, 33, 43, 53, 83)에 대해서도 마찬가지이다. 상기 실시 형태에서는 2개의 제2 개구(12)가 형성되어 있었지만, 하나의 제2 개구(12)만이 형성되어 있어도 되고, 3개 이상의 제2 개구(12)가 형성되어 있어도 된다. 하우징(10)을 구성하는 재료는, 제1 광(L1) 및 제2 광(L2)을 투과시키지 않는(차단하는) 차광성 재료이면 되고, 반드시 금속 재료가 아니어도 되며, 절연성 재료, 예를 들면 세라믹 등이어도 된다. 제1 전극(40) 및 제2 전극(50)은 생략되어도 된다. 이 경우라도, 집광된 제1 광(L1)을 방전 가스(G1)에 조사하는 것에 의해, 초점에 있어서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
제1 창 부재(21)가 다이아몬드에 의해 형성되고, 제2 창 부재(31)가 사파이어에 의해 형성되어도 된다. 혹은, 제1 창 부재(21) 및 제2 창 부재(31) 양방이 사파이어 또는 다이아몬드에 의해 형성되어도 된다. 자외역의 광을 이용하는 경우에는, 제1 창 부재(21) 및/또는 제2 창 부재(31)는, 불화 마그네슘 또는 석영에 의해 형성되어도 된다. 제1 창 부재(21) 및/또는 제2 창 부재(31)는, 코바르 유리에 의해 형성되어도 된다.
레이저 광원(3)은 레이저 여기 광원(1) 내에 마련되어 있지 않아도 된다. 예를 들어, 레이저 여기 광원(1)은, 레이저 광원(3)을 대신하여, 외부에 배치된 광원으로부터의 광을 미러(4)로 도광하는 광 파이버를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 광 파이버, 미러(4) 및 광학계(5)에 의해, 제1 광(L1)을 제1 광축(A1)을 따라서 제1 개구(11)에 입사시키는 광 도입부(R)가 구성된다.
Claims (22)
- 방전 가스를 수용함과 아울러, 상기 방전 가스 중에 발생한 플라즈마를 유지하기 위한 레이저광인 제1 광이 제1 광축을 따라서 입사하는 제1 개구, 및 상기 플라즈마로부터의 광인 제2 광이 제2 광축을 따라서 출사하는 제2 개구가 형성된 하우징과,
상기 제1 개구를 기밀하게 씰링하고, 상기 제1 광을 투과시키는 제1 창부와,
상기 제2 개구를 기밀하게 씰링하고, 상기 제2 광을 투과시키는 제2 창부와,
상기 제1 광축과 상기 제2 광축과의 교점을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고,
상기 하우징은 상기 제1 광 및 상기 제2 광을 투과시키지 않는 차광성 재료에 의해 형성되어 있고,
상기 하우징, 상기 제1 창부 및 상기 제2 창부에 의해서 내부 공간이 획정되어 있고, 상기 내부 공간은 상기 방전 가스에 의해서 채워져 있고,
상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는, 상기 제1 광축과 상기 제2 광축이 서로 교차하도록 배치되어 있는 발광 씰체. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 창부는 상기 제1 광을 투과시키는 제1 창 부재를 가지고, 상기 제2 창부는 상기 제2 광을 투과시키는 제2 창 부재를 가지고 있는 발광 씰체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 창 부재 및 상기 제2 창 부재는, 서로 동일한 재료에 의해 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 창 부재 및 상기 제2 창 부재는, 서로 다른 재료에 의해 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 창 부재 및 상기 제2 창 부재 각각은, 평판 모양으로 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 창 부재 및 상기 제2 창 부재 각각은, 다이아몬드, 사파이어, 석영, 코바르 유리 및 불화 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 재료에 의해 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 창부는 상기 하우징에 기밀하게 고정된 제1 프레임 부재를 더 가지고, 상기 제2 창부는 상기 하우징에 기밀하게 고정된 제2 프레임 부재를 더 가지며,
상기 제1 창 부재는, 제1 접합재에 의해, 상기 제1 프레임 부재에 기밀하게 접합되어 있고, 상기 제2 창 부재는, 제2 접합재에 의해, 상기 제2 프레임 부재에 기밀하게 접합되어 있는 발광 씰체. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 접합재 및 상기 제2 접합재 각각은, 금속 납재인 발광 씰체. - 청구항 8에 있어서,
상기 금속 납재는 티탄이 도프된 은납인 발광 씰체. - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 금속 재료에 의해 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 절연성 재료에 의해 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 10에 있어서,
상기 제1 전극은 절연 부재를 개재하여 상기 하우징에 고정되어, 상기 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있는 발광 씰체. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 전극은 소정 방향을 따라서 연재하고 있고, 상기 소정 방향에 있어서의 상기 제1 전극의 일부인 제1 부분과, 상기 제1 부분보다도 상기 제2 전극의 근처에 위치하는 제2 부분을 가지고,
상기 절연 부재는 상기 제1 부분을 유지하고, 상기 소정 방향과 수직인 평면을 따라서 연재하는 표면을 가지는 본체부와, 상기 본체부의 상기 표면으로부터 연재하여, 상기 제2 부분을 둘러싸는 통 모양부를 가지고 있는 발광 씰체. - 청구항 13에 있어서,
상기 본체부의 상기 표면은, 조면화되어 있는 발광 씰체. - 청구항 14에 있어서,
상기 본체부의 상기 표면에는, 상기 제1 전극 및 상기 통 모양부 각각으로부터 이간하도록 오목부가 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 14에 있어서,
상기 본체부의 상기 표면에는, 상기 제1 전극에 접촉하는 한편 상기 통 모양부로부터 이간하도록 오목부가 형성되어 있는 발광 씰체. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1 전극은 소정 방향을 따라서 연재하고 있고,
상기 절연 부재는 상기 소정 방향에 있어서의 상기 제1 전극의 일부를 둘러싸는 피복부를 가지고 있는 발광 씰체. - 청구항 17에 있어서,
상기 피복부는 상기 제2 전극에 가까워짐에 따라 두께가 얇아지는 형상을 가지고 있는 발광 씰체. - 청구항 18에 있어서,
상기 피복부의 외주면은, 조면화되어 있는 발광 씰체. - 청구항 10에 있어서,
상기 제2 전극은 상기 하우징에 전기적으로 접속되어 있는 발광 씰체. - 청구항 10에 있어서,
상기 제1 전극은 제1 절연 부재를 개재하여 상기 하우징에 고정되어, 상기 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있고, 상기 제2 전극은 제2 절연 부재를 개재하여 상기 하우징에 고정되어, 상기 하우징으로부터 전기적으로 분리되어 있는 발광 씰체. - 청구항 1에 기재된 발광 씰체와,
상기 제1 광을 상기 제1 광축을 따라서 상기 제1 개구에 입사시키는 광 도입부를 구비하는 광원 장치.
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