TWI467629B - Laser-driven light source - Google Patents

Description

雷射驅動光源

本發明係關於雷射驅動光源。尤其係關於作為在半導體、液晶基板及彩色濾光片之曝光工程中所使用的曝光裝置、數位電影用的畫像投影裝置、以及光分析裝置的光源所使用的雷射驅動光源。

近年來，上述曝光工程所使用的曝光裝置、數位電影用的畫像投影裝置、及光分析裝置等所使用的光源中，除了所希望波長區域的發光強度充分以外，還必須壽命長。

在該類領域中所使用的光源係在封入有水銀或稀有氣體(氙氣)的玻璃管球內，使電極間發生電弧放電的類型者，但是由於電極曝露於電弧放電，因此無法避免變得極為高溫而慢慢蒸發。

由該電極所蒸發的金屬係附著於管球內壁面而使紫外線區的波長透過性改變，因此隨著亮燈時間的經過，會有使光源的發光強度與頻譜慢慢改變的問題。

針對如上所示之問題，自以往已研究出各種對策。例如，專利文獻1之Fig.7所示之雷射驅動光源係由外部將雷射光線聚光在已被封入在石英燈泡內的氣體，藉由利用雷射光線使被封入在石英燈泡內的氣體激發而使電漿發生，藉此取得與封入氣體的成分組成相對應的頻譜分布安定的發光強度及發光中心位置的光源。

專利文獻1的雷射驅動光源係將雷射光照射在已被封入在石英燈泡內的放電氣體而激發放電氣體而生成高溫電漿，並且對該高溫電漿照射雷射光。

但是，被照射在高溫電漿的雷射光並非全部被高溫電漿吸收，而會頻繁發生透過高溫電漿的雷射光連同由石英燈泡所發出的光一起出射。經確認，該透過高溫電漿的雷射光強度相對由石英燈泡所發出的光係高至無法忽視的程度。因此，會有發生雷射驅動光源的周邊機器等因曝露在透過高溫電漿的雷射光線而遭受破壞的不良情形之虞。但是，在上述雷射驅動光源中，針對透過高溫電漿的雷射光的對策並未被加以研究。

第13圖係顯示專利文獻2所揭示之習知之雷射驅動光源之基本構成的構成圖。

第13圖所示之雷射驅動光源130係具備有：將脈衝狀雷射光線作振盪的雷射振盪器131、將雷射光形成為適當形狀來進行傳達的光學系構件132、133、使所傳達的雷射光在管球內的焦點聚光的聚光用光學系構件134、封入有氙氣等稀有氣體、氬氣及水銀蒸氣等的管球135、及用以使透過管球135的雷射光再次入射至管球內的反射光學系構件136。

該雷射驅動光源130係使來自雷射振盪器131的雷射光線藉由光學系構件132、133而形成為適當形狀，在所需光路傳達，被聚光用光學系構件134聚光而集中在管球135內的焦點位置。在管球135的焦點中，係藉由雷射光較強的電場(高能量密度)來使封入氣體被電漿化，由該電漿進行包含紫外線之頻譜的放射。未有助於電漿生成的雷射光係入射至反射光學系構件136，在該處反射而再次在管球135內的焦點聚光。

上述雷射驅動光源130係在管球內未存在有電極，因此不會有因其蒸發或濺鍍的影響而使發光強度或頻譜產生變化的情形，而得長壽命者。此外，上述雷射驅動光源130由於發光中心位置固定在來自外部之雷射光的焦點位置，因此可經常安定維持，並且不會有因管球替換而產生變化的情形。上述雷射驅動光源130可謂在該等方面極為有益。

但是，在第13圖所示之雷射驅動光源130始動時，被封入至管球135內的水銀幾乎未蒸發，因此管球135內的水銀蒸氣壓非常低。而且，習知之雷射驅動光源130係由管球135內將電極排除，因此無法使管球135內的水銀充分蒸發，而無法使管球135內的水銀蒸氣壓上升。

藉由如上所示之情形，習知之雷射驅動光源130係會引起放出至管球135外部的水銀發光強度極低，而且聚光在管球135內之焦點的雷射光線大部分未被水銀蒸氣吸收而放出至管球135的外部的問題。

但是，在第13圖所示之雷射驅動光源130中，關於管球135內的水銀蒸氣壓低，且因此而起所發生的上述問題，未作任何檢討。接著，上述問題並不限於將水銀作為發光用金屬而封入至管球135的情形，考慮到將水銀以外之其他發光用金屬封入至管球135的情形亦會當然發生。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] US2007/0228300A1

[專利文獻2]　日本特開昭61-193358號公報

基於上述，本發明之目的在將雷射光線聚光在封入在管球內的放電媒體，藉由雷射光線來激發放電媒體而生成電漿的雷射驅動光源中，遮蔽未被管球內所生成的電漿所吸收而透過其的雷射光線。此外，本發明之目的在將雷射光線聚光在封入在管球內的放電媒體，藉由雷射光線來激發發光用金屬而生成電漿的雷射驅動光源中，將管球內的發光用金屬的蒸氣壓維持在較高狀態，而在管球內形成安定的電漿。

為解決上述課題，請求項1之發明係一種雷射驅動光源，係具備有封入放電媒體的管球，藉由聚光在前述管球內的雷射光線，在前述管球內生成電漿的雷射驅動光源，其特徵為：在前述管球內設有遮蔽透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線的光線遮蔽構件。

請求項2之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，前述放電媒體為金屬，前述光線遮蔽構件吸收透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線而發熱。

請求項3之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，在前述光線遮蔽構件設有將透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線作反射引導而吸收的光束擋板。

請求項4之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件係被施予用以提高其輻射率的表面加工。

請求項5之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，在前述光線遮蔽構件設有間距為1μm～1mm之範圍內的凹凸部。

請求項6之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，在前述光線遮蔽構件之照射有透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線的表面燒結鎢粉。

請求項7之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件藉由鎢、鉬、鉭及錸之任一種以上的金屬所構成。

請求項8之發明係在請求項2所記載之雷射驅動光源中，被封入在前述管球內的放電媒體含有水銀。

請求項9之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，被封入在前述管球內的放電媒體含有水銀及稀有氣體之任一種以上。

請求項10之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件藉由以朝前述管球內伸出的方式作配置的支持構件予以支持。

請求項11之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，在前述管球內具備有以彼此相對向的方式作配置的一對電極。

請求項12之發明係在請求項11所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件藉由被固定在前述電極的支持構件予以支持。

請求項13之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件具備有用以反射透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線的反射面。

請求項14之發明係在請求項13所記載之雷射驅動光源中，前述光線遮蔽構件的反射面為散射反射面。

請求項15之發明係在請求項13所記載之雷射驅動光源中，在前述管球的外方設有光線吸收構件，用以吸收藉由前述光線遮蔽構件的反射面予以反射的雷射光線。

請求項16之發明係在請求項1所記載之雷射驅動光源中，具備有凹面反射鏡，其以相對在前述管球內所生成的電漿使焦點位置相一致的方式作配置，且反射前述電漿所出射的光線。

請求項17之發明係在請求項16所記載之雷射驅動光源中，在前述凹面反射鏡，係在聚光在前述管球內的雷射光線的光軸上設有開口，在前述凹面反射鏡的開口配置有用以將雷射光線聚光在前述管球內的光學構件。

本發明之雷射驅動光源係為了在管球內生成、維持電漿，對被封入在管球內的放電媒體照射雷射光線者，由於在管球內設有雷射光線遮蔽構件，因此可確實遮蔽不會被管球內所生成的電漿所吸收而透過其的雷射光線，因此不會有發生雷射驅動光源的周邊機器等因曝露在透過管球內之電漿的雷射光線而遭受破壞的不良情形之虞。

此外，本發明之雷射驅動光源係在管球內設有吸收透過在管球的焦點所生成的電漿的雷射光線而發熱的光線遮蔽構件，因此當被封入在管球內的放電媒體為金屬時，可得以下所示之效果。

吸收雷射光線而發熱的光線遮蔽構件係按照普朗克定律(Planck's Law)，朝向管球放射紅外光～遠紅外光之波長區域的光而將管球作輻射加熱，將管球高溫化而使被封入在管球內的金屬的蒸氣壓上升。在該狀態的管球內，係藉由被聚光在管球內的雷射光線而使金屬確實激發，而在管球內的焦點位置生成安定的電漿。因此，藉由本發明之雷射驅動光源，可使由管球內所生成的電漿所放出的光的輸出以高水準呈安定。

[第1實施例之雷射驅動光源]

第1圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之基本構成的剖面圖。本實施例之雷射驅動光源係在管球內未具有電極的無電極類型的光源。此外，本實施例之雷射驅動光源係具備有光線遮蔽構件，其藉由吸收未被電漿吸收而透過其之雷射光線而予以遮蔽。

雷射驅動光源100係具備有：以覆蓋管球3周圍的方式所配置之具有光出射開口12的碗狀凹面反射鏡1；用以使雷射光線L1聚光在管球3內的焦點F的光學系構件2；以與凹面反射鏡1的焦點F相一致的方式所配置之被封入有放電媒體的管球3；及朝向管球3出射連續或脈衝狀雷射光線的雷射源4。在凹面反射鏡1的焦點F係藉由光學系構件2而聚光有由雷射源4出射的雷射光線L1，被封入至管球3內的放電媒體藉由雷射光線L1被激發而生成電漿P。

管球3具有旋轉橢圓形狀的密閉空間35，在密閉空間S內例如封入水銀來作為發放電媒體。被封入在管球3內的水銀封入量為2～70mg/cc。其中，除了水銀以外，亦可封入鎘、鋅、錫等金屬作為放電媒體。

管球3係以相對凹面反射鏡1，使密封部32位於凹面反射鏡1之光出射開口12側的方式作配置，因此不會有被密封部32遮蔽雷射光線L1的情形。

凹面反射鏡1係具備有：例如旋轉拋物面形狀的反射面11、將電漿P所發出的光朝凹面反射鏡1的外部放出的光出射開口12、及用以將雷射光線L1導入至凹面反射鏡1之內部的後方開口13，將在其焦點F生成的電漿P所發出的光朝前方方向(紙面的右方)反射，將平行光由光出射開口12出射。

反射面11係藉由將管球3所發出的光LX予以反射的介電質多層膜所構成。反射面11係藉由例如交替層積由高折射率材料所構成的層與由低折射率材料所構成的層所成的介電質多層膜所構成。例如，反射面11係藉由交替層積HfO₂ (氧化鉿)及SiO₂ (氧化矽)所成的介電質多層膜、或交替層積Ta₂ O₅ (氧化鉭)及SiO₂ (氧化矽)所成的介電質多層膜等所構成。

其中，反射面11並非侷限於旋轉拋物面形狀，亦可為具有旋轉橢圓形狀者。

凹面反射鏡1的後方開口13係形成為在雷射光線L1的光軸LA上為相一致，且配置有光學系構件2。藉由將後方開口13配置在雷射光源L1的光軸LA上，不會有使反射面11的有效反射面積減少的情形。其中，如專利文獻1之第2圖所示，若將用以將雷射光線導入至凹面反射鏡內的開口形成在凹面反射鏡的側面時，即使有效反射面積減少。

光學系構件2係使雷射光線L1聚光在管球3內的焦點位置的透鏡。雷射源4係可使用脈衝驅動、CW驅動、或將該等倂用的驅動方式的雷射，將放電媒體激發充分強度的雷射光線L1進行振盪。雷射光線L1係在可見光～紅外光的波長區域、例如1.06μm具有峰值。

第2圖係將第1圖之雷射驅動光源的管球3放大顯示圖。如第2圖(A)所示，管球3係具備有：在內部具有旋轉橢圓形狀的密閉空間35之形成為大致球狀的發光部31；及在發光部31的端部連續形成，且藉由例如由鉬所構成的金屬箔33而氣密式密封的柱狀密封部32，並且在發光部31的內部具有密閉空間35。其中，在第2圖所示之例中，僅在發光部31的一端側具有密封部32。

在密封部32係被埋設有用以支持光線遮蔽構件S1的支柱34。該支柱34係其根部連接於金屬箔33，其前端部朝密閉空間35內伸出，並且在密閉空間35中支持光線遮蔽構件S1。

被配置在管球3內的光線遮蔽構件S1係用以吸收透過在管球3內的焦點F所生成的電漿P的雷射光線L2的板狀構件。

光線遮蔽構件S1係為了有效吸收透過電漿P的雷射光線L2，在位於離雷射光線的焦點F更接近於雷射光線L2之進行方向的位置的密封部32側，以對雷射光線L1的光軸LA呈正交的方式作配置。

其中，與光線遮蔽構件S1的光軸LA呈正交之方向的寬幅係按照雷射光線L1的入射角及管球3的焦點F、與光線遮蔽構件S1之間的距離而作適當設定。

光線遮蔽構件S1係可吸收雷射源4所發出之可見光～紅外光之波長區域的雷射光線，並且藉由在高溫時不會熔融般耐熱性佳的物質所構成。構成光線遮蔽構件S1的物質係包含例如鎢、鉬、鉭及錸之任一種以上的金屬。

接著，關於第1圖所示之第1實施例之雷射驅動光源100的動作，一面參照第2圖，一面加以說明。第2圖(A)係顯示雷射驅動光源之始動初期狀態、第2圖(B)係顯示雷射驅動光源定常時的狀態。

(始動時)

首先，關於雷射驅動光源始動時的動作，根據第2圖(A)加以說明。以下係將在將雷射光線L1開始聚光在管球3內的焦點F之後，封入在管球3內作為放電媒體的發光用金屬完全蒸發為止的期間稱為始動時。

由雷射源4所被振盪的連續或脈衝狀雷射光線L1係藉由光學系構件2而被聚光在管球3內的焦點F。在雷射驅動光源始動時，管球3內的發光用金屬的蒸氣壓非常低，因此聚光在焦點F的雷射光線L1的全部能量不會因生成電漿而耗盡，在管球3內的焦點F形成極小電漿P。

亦即，在管球3內的焦點F所聚光的雷射光線L1，其大部分雖然會通過焦點F，但是會被光線遮蔽構件S1吸收，以防止放出至管球3外部。

光線遮蔽構件S1係吸收雷射光線L2而發熱，如第2圖(A)所示，朝向管球3的發光部31，將紅外光～遠紅外光的波長區域的熱線T1作輻射，將發光部31輻射加熱，使封入在管球3內的發光用金屬的蒸氣壓上升。隨此，形成在管球3內之焦點F的電漿P係逐漸變大，發光強度慢慢增加。

(定常時)

接著，根據第2圖(B)，說明雷射驅動光源定常時的動作。以下將管球3內的發光用金屬的蒸氣壓在預定水準呈安定，且形成在焦點F的電漿P的大小成為一定之時稱為定常時。

在定常時，藉由聚光在管球3內之焦點F的雷射光線L1，使發光用金屬被確實激發，形成在焦點F的電漿P收斂成一定大小，由電漿P放出在預定水準呈安定的強度的光。在管球內封入水銀作為發光用金屬時，例如波長365nm的i線朝發光部31的外方被放出。

在定常時，將雷射光線L1持續照射在電漿P。此係為了使管球3內所生成的電漿P不會消滅之故。照射在電漿P之雷射光線L1之中的一部分在不會被電漿P吸收的情形下通過焦點F(參照第2圖(B)的L2)。例如，當將1KW的YAG雷射照射在管球內時，透過電漿P的雷射光線L2的輸出為約150W。

透過電漿P的雷射光線L2係被光線遮蔽構件S1所吸收。光線遮蔽構件S1係吸收雷射光線L2而發熱，如第2圖(B)所示，朝向管球3的發光部31將紅外光～遠紅外光之波長區域的熱線T1作輻射，將管球3的發光部31進行輻射加熱。

隨此，在定常時的管球3中，發光部31經常成為高溫狀態，發光用金屬完全蒸發而在蒸氣壓較高的狀態下呈安定，因此藉由發光用金屬而確實吸收雷射光線L1。因此，不會有管球3內所生成的電漿P消滅的情形，而由電漿P放出以預定水準呈安定強度的光。

如上所示，本發明之雷射驅動光源100係設有用以吸收透過在管球3內所生成的電漿P的雷射光線L2的光線遮蔽構件S1，因此可得以下效果。

第1，透過在管球3內所生成的電漿P的雷射光線L2藉由光線遮蔽構件S1而被確實遮蔽，因此不會有發生雷射驅動光源100的周邊機器等因曝露在透過在管球3內所生成的電漿P的雷射光線L2而遭受破壞的不良情形之虞。

第2，光線遮蔽構件S1吸收未被電漿P吸收而透過其之雷射光線L2而發熱，使被封入在管球3內之作為放電媒體的發光用金屬的蒸氣壓迅速上升，並且以高水準使其安定，藉此使在管球3內所生成的電漿P不會消滅而得以維持，因此可由電漿P放出呈安定輸出的光。

第3圖係顯示第1實施例之雷射驅動光源之變形例的剖面圖。在該圖中，針對雷射源及光學系構件，由於與第1圖所示之雷射驅動光源為共通，故省略圖示，而僅圖示管球。第3圖之雷射驅動光源101係除了光線遮蔽構件S2的形狀與第1、2圖所示之光線遮蔽構件S1不同以外，由於具備與第1實施例之雷射驅動光源100相同的構成，故針對與第1、2圖為共通的構成，係藉由標註與第1、2圖相同的元件符號而省略說明。

如第3圖(A)所示，光線遮蔽構件S2係在透過電漿P的雷射光線L2的照射側的表面S21，形成有朝向其內側以V字型逐漸變窄的複數光束擋板(beam damper)S22。如第3圖(B)所示，光束擋板S22係在反射面S23、S24塗佈碳黑，或在反射面S23、S24燒結微粒子的鎢粉，藉此可將入射至光束擋板S22的雷射光線L2有效吸收、衰減。

其中，光束擋板S22所成角度θ係被設定為未吸收雷射光線L2而不會朝向光束擋板S22之外部射出的程度的角度。

如上所述，光線遮蔽構件S2係將複數光束擋板S22形成在雷射光線L2的照射側的表面S21，效率佳地吸收透過管球3內之電漿P的雷射光線L2，因此形成為易於發熱的構造。

針對光線遮蔽構件S2的光束擋板S22的功能加以說明。如第3圖(B)所示，透過電漿P的雷射光線L2被照射在光束擋板S22之其中一方反射面S23時，無法以該光束擋板的其中一方反射面S23予以吸收的雷射光線L2係朝向光束擋板S22的另一方反射面S24予以反射。

如上所述，形成光束擋板S22之溝槽角度θ係被設定為所入射的雷射光線L2不會射出至光束擋板S22外部的角度。因此，入射至光束擋板S22內的雷射光線L2係朝向光束擋板S22的內側經多數次予以反射引導，最後被光束擋板S22完全吸收。

如上所述，第3圖所示之雷射驅動光源101係在光線遮蔽構件S2之照射雷射光線L2之側的表面S21形成有複數光束擋板S22。

光束擋板S22係效率佳地吸收透過在管球3的焦點F所生成的電漿P的雷射光線L2，因此光線遮蔽構件S2容易發熱。光線遮蔽構件S2係朝向管球3的發光部31，將紅外光～遠紅外光之波長區域的熱線T1作輻射，將管球3的發光部31進行輻射加熱。

因此，雷射驅動光源101係管球3內的發光用金屬的蒸氣壓更加迅速上升，並且更易於以高水準呈安定，藉此使在管球3內所生成的電漿P不會消滅而得以維持，因此可由電漿P放出呈安定輸出的光。

其中，光線遮蔽構件S2並非侷限於藉由第3圖所示之V字型光束擋板S22來吸收透過高溫電漿P的雷射光者。

光線遮蔽構件S2係可為對例如由高熔點金屬所構成之基板表面進行黑色耐酸鋁(alumite)處理、或塗佈碳黑者，此外，亦可為含有有機色素或有機顏料的陶瓷基板，甚至可為藉由燒結等而將微粒子的鎢粉附著在光線遮蔽構件S2的表面者。

藉此，光線遮蔽構件S2的實效表面積會增加，吸收透過在管球3內所生成的電漿P的雷射光線L2而易於發熱，可將管球3的發光部31有效進行輻射加熱。

第4圖係顯示第1實施例之雷射驅動光源100之變形例的剖面圖。在該圖中，針對雷射源及光學系構件，由於與第1圖所示之雷射驅動光源為共通，故省略圖示，而僅圖示管球。

第4圖之雷射驅動光源102係除了光線遮蔽構件S3的形狀與第1、2圖所示之光線遮蔽構件S1不同以外，由於具備有與第1實施例之雷射驅動光源100相同的構成，故針對與第1、2圖為共通的構成，係藉由標註與第1、2圖相同的元件符號而省略說明。

如第4圖(A)所示，光線遮蔽構件S3係在光線遮蔽構件S3的表面形成有微細的凹凸部S31。微細的凹凸部S31係增加光線遮蔽構件S3的表面積，效率佳地吸收透過電漿P的雷射光線L2，並且促進來自光線遮蔽構件S3的熱放射。

凹凸部S31的間距為例如1μm～1mm的範圍。凹凸部S31的間距如第4圖(B)所示，意指通過在凹凸部S31中相鄰接的凸部S32及凸部S33的各個的頂點，而且與雷射光線之光軸LA呈平行延伸的一對假想線K1及K2之間的距離。

第5圖係顯示第1實施例之雷射驅動光源100之變形例圖。在該圖中，雷射源及光學系構件係與第1圖所示之雷射驅動光源為共通，故加以省略。

第5圖之雷射驅動光源103係除了光線遮蔽構件S4的形狀與第1圖所示之光線遮蔽構件S1不同以外，由於具備與第1實施例之雷射驅動光源100相同的構成，因此針對與第1、2圖為共通的構成，係藉由標註與第1、2圖相同的元件符號而省略說明。

如第5圖所示，光線遮蔽構件S4係遍及其全表面形成有微細的凹凸部S41，並且在接收雷射光線L2之側的面形成有圓柱狀凹部S42。

微細的凹凸部S41係增加光線遮蔽構件S4的表面積，效率佳地吸收透過在管球3的焦點F所生成的電漿P的雷射光線L2，並且促進來自光線遮蔽構件S4的熱放射。

圓柱狀的凹部S42係增加光線遮蔽構件S4的表面積，而且將光線遮蔽構件S4輕量化。凹凸部S41的間距係與上述光線遮蔽構件S4的凹凸部S41同為1μm～1mm。

第6圖係顯示第1實施例之雷射驅動光源100之變形例的剖面圖。在該圖中，雷射源及光學系構件係與第1圖所示之雷射驅動光源為共通，故加以省略。

第6圖之雷射驅動光源104係除了光線遮蔽構件S5的形狀與第1圖所示之光線遮蔽構件S1不同以外，由於具備與第1實施例之雷射驅動光源100相同的構成，因此針對與第1、2圖為共通的構成，係藉由標註與第1、2圖相同的元件符號而省略說明。

如第6圖所示，雷射驅動光源104所具備的光線遮蔽構件S5係藉由具有由位於雷射光線L1之光軸LA上的中心S52朝向徑向外方而以放射狀延伸的多數線狀部S51而形成為刷帚狀。多數線狀構件S51係增加光線遮蔽構件S5的表面積，效率佳地吸收透過電漿P的雷射光線L2，並且促進來自光線遮蔽構件S5的熱放射。

如上所述，第3圖至第6圖所示之雷射驅動光源101至104係光線遮蔽構件S2至S5具有用以分別增加各自表面積的表面構造，效率佳地吸收透過電漿P的雷射光線L2而容易發熱，將管球3的發光部31效率佳地進行輻射加熱。

因此，藉由雷射驅動光源101至104，管球3內的發光用金屬的蒸氣壓迅速上升，並且在上升後以高水準呈安定，在管球3內所生成的電漿P不會消滅而得以維持，可由電漿P放出呈安定輸出的光。

[第2實施例之雷射驅動光源]

第7圖係顯示本發明之第2實施例之雷射驅動光源之基本構成的剖面圖。本實施例之雷射驅動光源係在管球內具有電極之有電極類型的光源。此外，本實施例之雷射驅動光源係具備有藉由吸收未被電漿吸收而透過其之雷射光線來進行遮蔽的光線遮蔽構件。

其中，第7圖之雷射驅動光源200係針對與第1圖所示之雷射驅動光源100為共通的構成，藉由標註與第1圖相同的元件符號而省略說明。

同圖所示之雷射驅動光源200係具備有：具有光出射開口12，全體形成為碗狀的凹面反射鏡1、將雷射源4所發出的雷射光線L1聚光的光學系構件2、在管軸X相對凹面反射鏡1的光軸LA呈正交的姿勢下被配置在凹面反射鏡1的焦點F的管球7、及朝向管球7照射雷射光線L1的雷射源4。

同圖所示之雷射驅動光源200係雷射源4、光學系構件2及管球7在雷射光線L1的光軸LA上，依該順序以一直線排列配置在凹面反射鏡1的光軸LA上。

第8圖(A)係放大顯示第7圖所示之雷射驅動光源200之管球7的剖面圖。管球7係具備有：例如藉由石英玻璃所構成之大致球狀的發光部71、在其兩端的各個連續朝管軸X方向延伸的桿狀密封部72及73、形成在發光部71內部的旋轉橢圓形狀的密閉空間77、分別埋設在密封部72及73的棒狀電極74及75、配置在密閉空間77內且吸收由雷射源4所發出且透過高溫電漿P之雷射光而予以遮蔽的光線遮蔽構件S2、及用以將光線遮蔽構件S2固定在電極74的支持構件76。

在管球7的密閉空間77係被封入有稀有氣體、水銀(蒸氣)之至少1種以上作為放電媒體。亦即，放電媒體的組合係稀有氣體單獨、水銀單獨、以及稀有氣體及水銀之雙方等3種。

例如，若封入水銀作為放電媒體，即由管球12發出屬於水銀之發光之波長365nm的紫外光。水銀的封入量為例如2～70mg/cc。稀有氣體係除了氙氣以外，亦可封入氬氣或鹵素氣體之一種以上。其中，以放電媒體而言，除了上述以外，亦可封入鎘、鋅、錫等。

電極74、75係分別藉由例如桿狀的鎢所構成，藉由桿密封(rod seal)而被氣密式埋設在密封部72、73。

電極74、75係各自的一端部741、751朝密閉空間77內伸出，並且在密閉空間77中隔著預定距離彼此相向作配置。

此外，電極74及75係各自的另一端部742、752朝密封部72、73的外方伸出，與未圖示的供電裝置作電性連接。如第7圖所示，該等電極74、75的極間中心位置係與凹面反射鏡1的焦點F相一致。

在電極74、75的極間中心位置係藉由在上述電極74、75之間施加高電壓而生成高溫電漿P。

第2實施例之雷射驅動光源200的管球7由於具備有上述電極74、75，因此在管球7始動時，可將電極74及75之間輕易作絕緣破壞，因此可在電極74及75之間的極間中心位置輕易生成電漿P。

第8圖(B)係將第8圖(A)的A部加以放大的局部放大圖。

如第8圖(B)所示，光線遮蔽構件S2係藉由全體形成為鉤狀的支持構件76，相對電極74、75以平行方向延伸而被固定在電極74，且被配置在發光部71的密閉空間77內。

如第8圖(B)所示，支持構件76係由：朝相對電極74呈正交的方向延伸的管軸正交部761、及相對管軸正交部761呈直角彎曲而與電極74呈平行延伸的管軸平行部762而全體構成為鉤狀，管軸正交部761被固定在電極74，並且管軸平行部762被固定在光線遮蔽構件S2。

該等光線遮蔽構件S2及支持構件76係分別藉由例如鎢、鉭及鉬等高熔點金屬所構成。

在第2實施例之雷射驅動光源200中，由於電極74、光線遮蔽構件S2及支持構件76分別以金屬所構成，因此支持構件76對於電極74及光線遮蔽構件S2的各個，藉由例如點熔接而一體固定。當然，支持構件76亦可對電極74及光線遮蔽構件S2之各個，以螺絲、細帶等其他機械式固定方法予以固定。

光線遮蔽構件S2係為了吸收透過管球7內所生成的電漿P的雷射光線L2(第8圖(B))，在該雷射光線L2的光路上，被配置在電漿P的附近。此外，光線遮蔽構件S2係被配置在與未固定有光線遮蔽構件S2的電極75之間不會發生所不希望的放電的位置。

光線遮蔽構件S2係在透過電漿P之雷射光線L2之照射側的表面S21，形成有朝向其內側以V字型逐漸變窄的複數光束擋板。光束擋板係具有與第3圖相同的構成，關於此係具有如前所述之構成，故省略說明。

針對第2實施例之雷射驅動光源200的動作，以下使用第7圖加以說明。

藉由對管球7的一對電極74及75施加高電壓，使電極74及75的極間作絕緣破壞，而在電極74及75的極間中心位置形成預備放電。

在該狀態下，雷射源4係朝向光學系構件2而出射雷射光線L1。雷射光線L1係藉由光學系構件2而被聚光在管球7的電極74及75的極間中心位置，被照射在電極74及75的極間中心位置所生成的預備放電。在電極74及75的極間中心位置，係對預備放電照射雷射光線L1，藉此生成高亮度的電漿P。

由電漿P所發出的光LX係藉由凹面反射鏡1的反射面11而朝與光軸LA呈平行方向反射，由光出射開口12朝凹面反射鏡1的外部放出。

另一方面，如第8圖(B)所示，未被電漿P吸收而透過其之雷射光線L2係入射至被配置在管球7之密閉空間77內的光線遮蔽構件S2，如前所述，在V字型光束擋板S22(參照第3圖)的內部經多數次反射引導，最後予以吸收、衰減。

如以上所示，如第8圖(A)所示，本發明之第2實施例之雷射驅動光源200即使由雷射源4所發出的雷射光線L1透過電漿P，該透過電漿P的雷射光線L2亦被配置在其光路上的光線遮蔽構件S2所吸收，因此不會有透過電漿P的雷射光線L2連同由電漿P所發出的光LX一起同時放出的情形。因此，藉由本實施例之雷射驅動光源200，不會發生其周邊機器等因曝露在透過管球7內之電漿P的雷射光線L2而遭受破壞的不良情形。

而且，藉由本實施例之雷射驅動光源200，光線遮蔽構件S2吸收未被電漿P吸收而透過其之雷射光線而發熱，藉此將管球7加熱，因此被封入在管球3內的發光用金屬的蒸氣壓更加迅速上升，並且易於以高水準呈安定，在管球3內所生成的電漿P不會消滅而得以維持，因此可由電漿P放出呈安定輸出的光。

第9圖及第10圖係分別顯示第2實施例之雷射驅動光源之變形例的剖面圖。第9圖及第10圖所示之雷射驅動光源201及202係僅有雷射光線對管球7的入射路徑與第7圖所示之雷射驅動光源200不同。因此，在第9圖及第10圖中，針對與第7圖所示之雷射驅動光源200為共通的構成，係藉由標註與第7圖相同的元件符號而省略說明。

如第9圖所示，雷射驅動光源201係具備有：具有光出射開口12之全體呈碗狀的凹面反射鏡1、朝向管球7將雷射光線L1聚光的光學系構件2、配置在凹面反射鏡1的焦點F的管球7、及朝向管球7照射雷射光線L1的雷射源4。

凹面反射鏡1係具備有：具有旋轉拋物面形狀的反射面11、出射由電漿P所發出的光的光出射開口12、及用以配置光學系構件2的側方開口14。

管球7係在管軸X相對凹面反射鏡1的光軸LA呈平行的姿勢下被配置在凹面反射鏡1的焦點F。

光線遮蔽構件S2係形成有第3圖所示之V字型光束擋板S22，在光線遮蔽構件32的管軸X相對凹面反射鏡1的光軸LA呈平行的姿勢下，在透過電漿P的雷射光線的光路上被配置在電漿P附近。

第9圖所示之雷射驅動光源201係使由雷射源4所發出的雷射光線L1藉由被配置在凹面反射鏡1之側方開口14的光學系構件2予以聚光，且照射至管球7。在管球7的密閉空間77，藉由激發被封入在管球7內的放電媒體，在凹面反射鏡1的焦點F生成高溫電漿P。由電漿P所發出的光LX係以與凹面反射鏡1的光軸LA呈平行方向予以反射，由光出射開口12朝凹面反射鏡1的外部放出。

另一方面，未被電漿P吸收而透過其的雷射光線係入射至被配置在管球7之密閉空間77內的光線遮蔽構件S2，如前所述，在第3圖所示之V字狀光束擋板S22的內部經多數次反射引導，最後被光線遮蔽構件S2予以吸收、衰減。

第10圖所示之雷射驅動光源202係具備有：具有光出射開口12之全體呈碗狀的凹面反射鏡1、在管軸X相對凹面反射鏡1的光軸LA呈正交的姿勢下被配置在凹面反射鏡1的焦點F的管球7、朝向管球7照射雷射光線L1的雷射源4、及將由雷射源4出射的雷射光線L1朝管球7方向反射並且透過由電漿P所發出的光LX的反射構件5。

凹面反射鏡1係具備有：旋轉拋物面形狀的反射面11、及出射由高溫電漿P所發出的光的光出射開口12。

反射構件5係在由高溫電漿P所發出的光LX的光路上，在相對凹面反射鏡1的光軸LA呈傾斜的狀態下作配置。在反射構件5的表面形成有透過由電漿P所發出的光LX且將雷射光線L1朝管球7的方向反射之由介電質多層膜所構成的反射面。關於設在該反射構件5之由介電質多層膜所構成的反射面，係與凹面反射鏡1的反射面11相同，針對此係如前所述，故省略說明。

第10圖所示之雷射驅動光源202係使由雷射源4所發出的雷射光線L1依序反射至反射構件5與凹面反射鏡1的反射面11而照射在管球7，在密閉空間77中，在凹面反射鏡1的焦點F生成高溫電漿P。由電漿P所發出的光LX係以與凹面反射鏡1的光軸LA呈平行方向予以反射，由光出射開口12被放出至凹面反射鏡1的外部。

另一方面，未被電漿P吸收而透過其之雷射光線係入射至被配置在管球7內之密閉空間77內的光線遮蔽構件S2，如前所述，在第3圖所示之V字狀光束擋板S22的內部經多數次予以反射引導，最後被光線遮蔽構件S2予以吸收、衰減。

[第3實施例之雷射驅動光源]

第11圖係顯示第3實施例之雷射驅動光源之基本構成的剖面圖。本實施例之雷射驅動光源係在管球內具有電極的有電極類型的光源。

此外，本實施例之雷射驅動光源在管球內具備有藉由將未被電漿吸收而透過其之雷射光線作反射而予以遮蔽的光線遮蔽構件，此點與第1及第2實施例之雷射驅動光源不同。(第1及第2實施例之雷射驅動光源係藉由利用配置在管球內的光線遮蔽構件來吸收未被電漿吸收而透過其之雷射光線而予以遮蔽)。

其中，針對第11圖所示之雷射驅動光源300與第7、8圖所示之雷射驅動光源200為共通的構成，係藉由標註與第7、8圖相同的元件符號而省略說明。

雷射驅動光源300係具備有：具有光出射開口12之全體呈碗狀的凹面反射鏡1、以管軸X相對凹面反射鏡1的光軸LA呈正交的姿勢被配置在凹面反射鏡1的焦點F的管球8、將雷射源4所發出的雷射光線L1聚光在管球8的光學系構件2、朝向管球8照射雷射光線L1的雷射源4、及被配置在凹面反射鏡1外部的光線吸收構件AB1。

凹面反射鏡1係具備有：旋轉拋物面形狀的反射面11、出射由高溫電漿P所發出的光LX的光出射開口12、及用以配置光學系構件2的後方開口13。本實施例之雷射驅動光源300係將雷射源4、光學系構件2及管球8在雷射光線L1的光路上依該順序以一直線排列配置在凹面反射鏡1的光軸LA上。

第12圖(A)係連同光線吸收構件AB1一起顯示第11圖所示之雷射驅動光源300所具備之管球8的構成概略的剖面圖。第12圖(B)係將第12圖(A)所示A部加以放大的圖。

第12圖(A)所示之管球8係具備有：例如藉由石英玻璃所構成之大致球狀的發光部81及在其兩端的各個連續朝管軸X方向延伸的桿狀密封部82及83；形成在發光部81內部的密閉空間87；分別埋設在發光部81之密封部82及83的棒狀電極84及85；被配置在密閉空間87內，將透過高溫電漿P的雷射光線L2作反射而予以遮蔽的光線遮蔽構件R1(參照第12圖(B))；及用以將光線遮蔽構件R1固定在電極84的支持構件86。

管球8係藉由在上述84及電極85之間施加高電壓，在電極84及85之極間中心位置生成高溫電漿P。由電漿P所發出的光LX如第11圖所示，以與凹面反射鏡1的光軸LA呈平行地由光出射開口12朝向凹面反射鏡1的外部放出。

如第12圖(B)所示，光線遮蔽構件R1係藉由全體形成為鉤狀的支持構件86，以相對管軸X呈傾斜的方式固定在電極84。

光線遮蔽構件R1係在由鎢、鉭、鉬等高熔點金屬所構成的基板上具備有由介電質多層膜所構成的反射面R11所構成。反射面R11不會有幾乎吸收由雷射源4所出射的雷射光線L1的情形，以朝凹面反射鏡1外方反射的方式，適當設計介電質多層膜的材質及膜數。

其中，光線遮蔽構件R1的反射面R11並不限於如上所述之介電質多層膜，亦可為例如藉由研磨由上述高熔點金屬所構成之基板的表面來作鏡面加工者。

如上所示之光線遮蔽構件R1係在透過高溫電漿P的雷射光線L2的光路上被配置在電漿P的附近。此外，光線遮蔽構件R1係被配置在與未固定有其的電極85之間不會發生所不希望的放電的位置。

如第11圖所示，在凹面反射鏡1之光出射開口12的開口端緣附近設置有用以使以光線遮蔽構件R1予以反射的雷射光線L2吸收、衰減的光線吸收構件AB1。在光線吸收構件AB1的雷射光入射面形成有第3圖所示之V字型溝狀光束擋板S22。

如第12圖(A)所示，光線遮蔽構件R1的反射面R11與管球8的管軸X所成角度θ係以入射至反射面R11的雷射光線L1朝光線吸收構件AB1的方向反射的方式作適當設定。

在以上之本發明第3實施例之雷射驅動光源300中，如第11圖所示，高溫電漿P生成在電極84及85的極間中心位置，由電漿P所發出的光LX藉由凹面反射鏡1朝與光軸LA呈平行方向反射，由光出射開口12對凹面反射鏡1的外部放出。

另一方面，如第12圖(A)所示，未被高溫電漿P吸收而透過其的雷射光線L2係入射至被配置在管球8內之密閉空間87內的光線遮蔽構件R1的反射面R11，並且藉由反射面R11而朝向被配置在凹面反射鏡1外方的光線吸收構件AB1予以反射，如前所述，以第3圖所示之V字型溝狀光束擋板S22經多數次予以反射引導，藉此被設在光線吸收構件AB1的光束擋板S22所吸收。

如上所示，透過電漿P的雷射光線L2係藉由光線遮蔽構件R1而朝凹面反射鏡1的外方反射，最後藉由光線吸收構件AB1予以吸收、衰減。

藉由以上之本發明第3實施例之雷射驅動光源300，透過管球8內所生成的電漿P的雷射光線L2如第11圖所示，藉由光線遮蔽構件R1而朝凹面反射鏡1的外方反射，被光線吸收構件AB1所吸收。因此，透過電漿P的雷射光線L2不會有與由電漿P所發出的光LX同時朝向凹面反射鏡1的外方放出的情形。

因此，藉由本實施例之雷射驅動光源300，其周邊機器等不會發生因曝露在透過管球8內之電漿P的雷射光線L2而遭受破壞的不良情形。

其中，光線遮蔽構件R1並不一定需與配置在凹面反射鏡1之外方的光線吸收構件AB1倂用。

例如，光線遮蔽構件R1係可具有藉由將由銅、鋁及銀之任一者所構成的基板表面作緞光軟加工(satin process)而形成為凹凸形狀的散射反射面，此外，亦可藉由將由耐熱性及加工性佳的樹脂所構成的基板的表面作緞光軟加工而形成為凹凸形狀，並且在該基板表面塗佈銅、鋁及銀之任一者所構成的金屬而形成散射反射面。

如此一來，未被電漿P吸收而透過其的雷射光線L2在入射至光線遮蔽構件R1的散射反射面之後，藉由朝向散射反射面的周圍作擴散反射而予以遮蔽，因此可省略上述的光線吸收構件AB1。

1．．．凹面反射鏡

2．．．光學系構件

3．．．管球

4．．．雷射源

7．．．管球

8．．．管球

11．．．反射面

12．．．光出射開口

13．．．後方開口

31．．．發光部

32．．．密封部

33．．．金屬箔

34．．．支柱

35．．．密閉空間

71．．．發光部

72、73．．．密封部

74、75．．．電極

76．．．支持構件

77．．．密閉空間

81．．．發光部

82、83．．．密封部

84、85．．．電極

86．．．支持構件

87．．．密閉空間

100～300．．．第1～第3實施例之雷射驅動光源

101、102、103、104、130、201、202．．．雷射驅動光源

131．．．雷射振盪器

132、133．．．光學系構件

134．．．聚光用光學系構件

135．．．管球

136．．．反射光學系構件

741、751．．．一端部

742、752．．．另一端部

761．．．管軸正交部

762．．．管軸平行部

AB1．．．光線吸收構件

F．．．焦點

K1、K2．．．假想線

L1、L2．．．雷射光線

LA．．．光軸

LX．．．光

P．．．電漿

R1．．．光線遮蔽構件

R11‧‧‧反射面

S1~S5‧‧‧光線遮蔽構件

S21‧‧‧表面

S22‧‧‧光束擋板

S23、S24‧‧‧反射面

S31‧‧‧凹凸部

S41‧‧‧凹凸部

S42‧‧‧凹部

S51‧‧‧線狀部

S52‧‧‧中心

T1‧‧‧熱線

第1圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之基本構成圖。

第2圖係放大顯示第1圖所示雷射驅動光源之管球的圖。

第3圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第4圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第5圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第6圖係顯示本發明之第1實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第7圖係顯示本發明之第2實施例之雷射驅動光源之基本構成圖。

第8圖係放大顯示第7圖所示之雷射驅動光源之管球的圖。

第9圖係顯示本發明之第2實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第10圖係顯示本發明之第2實施例之雷射驅動光源之變形例圖。

第11圖係顯示本發明之第3實施例之雷射驅動光源之基本構成圖。

第12圖係放大顯示第11圖所示雷射驅動光源之管球的圖。

第13圖係顯示習知之雷射驅動光源之基本構成圖。

1．．．凹面反射鏡

2．．．光學系構件

3．．．管球

4．．．雷射源

11．．．反射面

12．．．光出射開口

13．．．後方開口

31．．．發光部

32．．．密封部

100．．．第1實施例之雷射驅動光源

L1、L2．．．雷射光線

LA．．．光軸

LX．．．光

F．．．焦點

P．．．電漿

S1．．．光線遮蔽構件

Claims (14)

1. 一種雷射驅動光源，係具備有在密閉空間內封入放電媒體的管球，藉由聚光在前述管球內的雷射光線，在前述管球內生成電漿的雷射驅動光源，其特徵為：在前述管球內的密閉空間設有遮蔽透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線的光線遮蔽構件，前述光線遮蔽構件吸收透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線而發熱，將前述管球由前述密閉空間側進行加熱。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射驅動光源，其中，前述放電媒體為金屬。
3. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中，在前述光線遮蔽構件設有將透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線作反射引導而吸收的光束擋板。
4. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中，前述光線遮蔽構件係被施予用以提高其輻射率的表面加工。
5. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中，在前述光線遮蔽構件設有間距為1μm~1mm之範圍內的凹凸部。
6. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中，在前述光線遮蔽構件之照射有透過在前述管球內所生成的電漿的雷射光線的表面燒結鎢粉。
7. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中， 前述光線遮蔽構件藉由鎢、鉬、鉭及錸之任一種以上的金屬所構成。
8. 如申請專利範圍第2項之雷射驅動光源，其中，被封入在前述管球內的放電媒體含有水銀。
9. 如申請專利範圍第1項之雷射驅動光源，其中，被封入在前述管球內的放電媒體含有水銀及稀有氣體之任一種以上。
10. 如申請專利範圍第1項之雷射驅動光源，其中，前述光線遮蔽構件藉由以朝前述管球內伸出的方式作配置的支持構件予以支持。
11. 如申請專利範圍第1項之雷射驅動光源，其中，在前述管球內具備有以彼此相對向的方式作配置的一對電極。
12. 如申請專利範圍第11項之雷射驅動光源，其中，前述光線遮蔽構件藉由被固定在前述電極的支持構件予以支持。
13. 如申請專利範圍第1項之雷射驅動光源，其中，具備有凹面反射鏡，其以相對在前述管球內所生成的電漿使焦點位置相一致的方式作配置，且反射前述電漿所出射的光線。
14. 如申請專利範圍第13項之雷射驅動光源，其中，在前述凹面反射鏡，係在聚光在前述管球內的雷射光線的光軸上設有開口，在前述凹面反射鏡的開口配置有用以將雷射光線聚光在前述管球內的光學構件。