專利名稱：光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種適用于通過(guò)從激光裝置所放射的激光束進(jìn)行點(diǎn)燈的曝光裝置等 的光源裝置。
背景技術(shù)：
公知有將來(lái)自激光裝置的激光束照射在封入有發(fā)光氣體的發(fā)光管，激勵(lì)氣體使其 發(fā)光的光源裝置(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1中公開的是將來(lái)自振蕩連續(xù)或脈沖狀的激光的激光振蕩器的光束，以 透鏡等聚光用光學(xué)系統(tǒng)部件進(jìn)行聚光并照射于封入有發(fā)光氣體(發(fā)光元素)的發(fā)光管，激 勵(lì)發(fā)光管內(nèi)的發(fā)光氣體并使其發(fā)光。專利文獻(xiàn)1 日本特開昭61-193358號(hào)公報(bào)如專利文獻(xiàn)1所示，在封入有發(fā)光元素的發(fā)光管照射激光束，在發(fā)光管內(nèi)部產(chǎn)生 高溫等離子體狀態(tài)，從而可使發(fā)光管發(fā)光。產(chǎn)生于發(fā)光管內(nèi)部的高溫等離子體狀態(tài)是由于光束的能量密度為電離發(fā)光元素 的閾值以上，且被電離的發(fā)光元素處于高密度而產(chǎn)生的。因此，需要通過(guò)聚光用光學(xué)系統(tǒng)部件對(duì)光束進(jìn)行聚光，來(lái)提高光束的能量密度，達(dá) 到電離發(fā)光元素的閾值以上。因此，可以認(rèn)為，如圖13所示地使用聚光用光學(xué)系統(tǒng)部件(聚光單元)3，在發(fā)光管 1內(nèi)使激光束聚光等，能夠增大光束的能量密度。此時(shí)，若光束的立體角小，則能量密度為閾值以上的區(qū)域會(huì)擴(kuò)展至光束的光路方 向，使得被電離的區(qū)域變細(xì)長(zhǎng)而會(huì)降低亮度。亮度低意味著能量密度低，使得發(fā)光元素達(dá)不 到高密度，而不容易產(chǎn)生高溫等離子體狀態(tài)。如果要增大光束的立體角，則如圖13所示地，可以考慮將聚光用光學(xué)系統(tǒng)部件制 作成比發(fā)光管的外徑大，并配置于發(fā)光管附近，但若增大聚光用光學(xué)系統(tǒng)部件，并以增大立 體角的方式進(jìn)行聚光，則能量密度高的光束碰到存在于聚光的光路上的發(fā)光管的壁，使得 壁被加熱，而存在產(chǎn)生白濁或破裂等破損的問(wèn)題。并且，在發(fā)光管附近配置有聚光鏡等光學(xué)部件等的情形較多，而難以在發(fā)光管附 近配置直徑大的聚光用光學(xué)部件的情形較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情形而創(chuàng)作，本發(fā)明的目的是提供一種向封入有發(fā)光元素的發(fā) 光管照射激光束而使其發(fā)光的光源裝置，不必將直徑大的聚光單元配置于發(fā)光管周邊，能 夠以大立體角來(lái)聚光光束，有效地將發(fā)光管點(diǎn)燈，并且能夠防止能量密度高的光束碰到發(fā) 光管的壁而導(dǎo)致發(fā)光管產(chǎn)生白濁或破損。想要增大聚光的激光束的立體角，優(yōu)選盡可能將聚光單元配置于聚光點(diǎn)附近。并 且，只要使得聚光的能量密度高的光束不碰到發(fā)光管的管壁，則可防止發(fā)光管白濁或破損等。因此，在本發(fā)明中，將發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，或在發(fā)光管的 內(nèi)側(cè)從發(fā)光管的內(nèi)表面分離地設(shè)置聚光單元。由此，與在發(fā)光管的外部設(shè)置聚光單元的情形相比較，能夠在聚光點(diǎn)附近配置聚 光單元，可增大聚光點(diǎn)的立體角。并且，所聚光的能量密度大的光束不會(huì)碰到發(fā)光管的管 壁，可防止發(fā)光管的白濁、破損等。基于上述內(nèi)容，在本發(fā)明中，如下述地來(lái)解決上述課題。(1) 一種光源裝置，具備封入有發(fā)光元素的發(fā)光管；以及朝著該發(fā)光管放射激光 束的激光振蕩部，通過(guò)激光束使發(fā)光管內(nèi)部產(chǎn)生高溫等離子體狀態(tài)，從而使發(fā)光管發(fā)光，該 發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，或在發(fā)光管的內(nèi)側(cè)從內(nèi)表面分離地設(shè)置聚光 單元。(2)在上述(1)中，為了使上述發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，采用 上述發(fā)光管的外表面的曲率半徑減小、且其內(nèi)表面的曲率半徑增大的彎月形構(gòu)造。(3)在上述(1)中，為了使上述發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，采用 將上述發(fā)光管的外表面形成為曲面，且將其內(nèi)表面形成為平面的平凸構(gòu)造。(4)在上述(1)中，設(shè)于上述發(fā)光管的內(nèi)表面的聚光單元離開發(fā)光管的內(nèi)表面而 設(shè)置。(5)在上述(1)“2)、(3)“4)中，設(shè)置有多個(gè)聚光單元。發(fā)明效果在本發(fā)明中，可得到以下的效果。(1)將該發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，或在發(fā)光管的內(nèi)側(cè)從內(nèi)表 面離開地設(shè)置聚光單元，因而在發(fā)光管的周邊不必設(shè)置直徑大的聚光單元，能夠以大立體 角將光束聚光，可減小能量密度為閾值以上的區(qū)域，而有效地形成高溫等離子體狀態(tài)。因此 能夠有效地使發(fā)光管點(diǎn)燈。特別是，在發(fā)光管的內(nèi)側(cè)從內(nèi)表面分離地設(shè)置聚光單元，從而可以使聚光點(diǎn)與聚 光單元的距離比發(fā)光管的半徑短，可進(jìn)一步增大聚光點(diǎn)的立體角。并且，利用聚光單元所聚光的能量密度高的光束不會(huì)碰到發(fā)光管的壁，因而可防 止發(fā)光管變白濁或發(fā)光管被加熱而破損的情形。(2)通過(guò)采用減小發(fā)光管的外表面的曲率半徑、且增大其內(nèi)表面的曲率半徑的彎 月形構(gòu)造，或采用使發(fā)光管的外表面為曲面，且使其內(nèi)表面為平面的平凸構(gòu)造，可將發(fā)光管 的管壁的一部分作為聚光單元起作用。因此可防止被聚光的光被照射至發(fā)光管的管壁，可 防止管被加熱而破損的情形。(3)通過(guò)設(shè)置多個(gè)聚光單元，可使多個(gè)光束入射到發(fā)光管并使其聚光。因此例如將 脈沖狀激光束入射于發(fā)光管，形成高溫等離子體狀態(tài)，并將連續(xù)波的激光束入射于發(fā)光管 而維持高溫等離子體狀態(tài)等，使多個(gè)的激光束入射并穩(wěn)定地維持點(diǎn)燈等，能夠有效地將發(fā) 光管點(diǎn)燈。并且，以一方的聚光單元使入射于發(fā)光管的光束聚光，而以另一方的聚光單元使 穿透發(fā)光管而出射的激光束聚光，因而例如以光束衰減器(beam damper)處理穿透發(fā)光管 的光等，使得穿透光易于處理。


圖1是表示將本發(fā)明的光源裝置適用于曝光裝置時(shí)的構(gòu)成例的圖。圖2是表示本發(fā)明的光源裝置的第1實(shí)施例的圖。圖3是說(shuō)明聚光單元的位置與立體角的關(guān)系的圖。圖4是表示本發(fā)明的光源裝置的第2實(shí)施例的圖。圖5是表示在第2實(shí)施例中，作為聚光單元使用棒形透鏡的情形的圖。圖6是表示本發(fā)明的光源裝置的第3實(shí)施例的圖。圖7是表示本發(fā)明的光源裝置的第4實(shí)施例的圖。圖8是表示本發(fā)明的光源裝置的第5實(shí)施例的圖。圖9是表示將脈沖狀光束與連續(xù)波光束經(jīng)由聚光單元入射于發(fā)光管來(lái)使發(fā)光管 點(diǎn)燈的情形的構(gòu)成例的圖。圖10是表示本發(fā)明的光源裝置的第6實(shí)施例的圖。圖11是表示在第6實(shí)施例中，作為聚光單元使用棒形透鏡的情形的圖。圖12是表示本發(fā)明的光源裝置的第7實(shí)施例的圖。圖13是說(shuō)明在發(fā)光管內(nèi)使激光束聚光而增大光束的能量密度的情形的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示將本發(fā)明的光源裝置，適用于其用途的一個(gè)例子即曝光裝置時(shí)的構(gòu)成 例的圖，圖2是表示本發(fā)明的光源裝置的第1實(shí)施例的圖。首先，利用圖1針對(duì)于具備本發(fā)明的光源裝置的曝光裝置加以說(shuō)明。曝光裝置具備出射光的光源裝置10。該光源裝置10利用圖2加以詳述，因而在此 簡(jiǎn)單地加以說(shuō)明。光源裝置10具備激光振蕩部2以及入射有來(lái)自該激光振蕩部2的光束的發(fā)光管 1。在從激光振蕩部2到發(fā)光管1為止的光束的光路上設(shè)有機(jī)械遮光器7與反射鏡8， 通過(guò)開閉遮光器7來(lái)控制光束的出射或不出射。發(fā)光管1被具有旋轉(zhuǎn)橢圓的反射面的反射鏡Ila大致包圍。在反射鏡Ila具有 入射來(lái)自激光振蕩部2的光的一方的貫通孔111，以及出射通過(guò)發(fā)光管1的光的另一方的貫 通孔112，反射鏡Ila與發(fā)光管1被收納于燈殼11。在本實(shí)施例中，發(fā)光管1的管壁的一部分構(gòu)成為作為聚光單元起作用，從反射鏡 Ila的一方的貫通孔111入射于發(fā)光管1的光束通過(guò)該聚光單元3被聚光，在發(fā)光管1的大 致中心附近形成能量密度高的區(qū)域。在燈殼11設(shè)有將從聚光鏡Ila的另一方的貫通孔112出射的光進(jìn)行聚光的聚光 單元11b，在燈殼11的外部配置有光束衰減器12a，其入射有來(lái)自聚光單元lib的光，使入 射光衰減，使其不會(huì)回到燈殼內(nèi)。在發(fā)光管1入射來(lái)自激光振蕩部2的光束，從而使得發(fā)光管內(nèi)部的發(fā)光氣體被激 勵(lì)，產(chǎn)生激勵(lì)光。該激勵(lì)光通過(guò)反射鏡Ila被聚光，在圖1中，朝著紙面下方出射，達(dá)到分色 鏡13。分色鏡13反射曝光所必需的波長(zhǎng)的光，使除此以外的光透過(guò)。在分色鏡13的背面配置有光束衰減器12b，穿透分色鏡13的光在此被聚光而結(jié)束。被分色鏡13反射的光通過(guò)在聚光鏡Ila的聚光來(lái)聚焦，通過(guò)配置于該焦點(diǎn)位置的 濾光器14的光圈部14a。此時(shí)，光被成形成光圈部14a的形狀。通過(guò)光圈部1 的光，在擴(kuò)展的同時(shí)被配置于前進(jìn)中途的聚光單元1 聚光，成為 大致平行的光。該光被入射至集成透鏡antegrator lens) 16，通過(guò)配置于出射側(cè)的聚光單元15b 被聚光。從集成透鏡16的各組件透鏡所出射的光，通過(guò)聚光單元1 被聚光，以短距離被 重疊，實(shí)現(xiàn)照度的均勻化。從聚光單元1 所出射的光在重疊的同時(shí)被反射鏡17反射而入射于準(zhǔn)直透鏡18。 從準(zhǔn)直透鏡18出射的光，成為平行光，經(jīng)過(guò)掩模面19，照射硅晶片等的被照射物W。如此地， 來(lái)自光源裝置的光，對(duì)被照射物W進(jìn)行照射、處理。以下，使用圖2，針對(duì)于本發(fā)明的第1實(shí)施例的光源裝置加以說(shuō)明。圖2的光源裝置具備支撐于支撐體Ia的發(fā)光管1 ；以及朝著該發(fā)光管1出射光 束的激光振蕩部2。發(fā)光管1由來(lái)自激光振蕩部2的光束能夠穿透，且發(fā)光氣體的激勵(lì)光能夠穿透的 部件(例如石英玻璃)構(gòu)成。發(fā)光管1的外表面形狀為橢圓形狀，其內(nèi)表面形狀例如為球狀。由此，發(fā)光管1的壁成為發(fā)光管1的外表面曲率半徑小，而其內(nèi)表面的曲率半徑變 大的凸型的彎月形構(gòu)造，其作為聚光單元31起作用。朝著該凸型的彎月形構(gòu)造(聚光單元31)，輸出來(lái)自激光振蕩部2的光束，該光束 通過(guò)凸型的彎月形構(gòu)造而被聚光。如圖3所示，在發(fā)光管1的壁外有與發(fā)光管1的外徑同等程度的聚光單元3時(shí)，則 隨著該聚光單元3越接近發(fā)光管1的壁，在發(fā)光管內(nèi)部的立體角越大。在本實(shí)施例中，將發(fā)光管1的壁自身作為聚光單元，從而使發(fā)光管1的內(nèi)部的立體 角比在發(fā)光管1的外部有聚光單元3時(shí)還要大。另外，在發(fā)光管1的外部設(shè)置外徑比發(fā)光管1還要大的聚光單元，與將發(fā)光管1的 壁自身作為聚光單元時(shí)相比，可增大立體角。但是，如上所述，在發(fā)光管附近配置有聚光鏡 等光學(xué)部件等的情形較多，而在發(fā)光管附近難以配置大直徑的聚光單元的情形較多。在本實(shí)施例中，將發(fā)光管的壁自身形成為凸型的彎月形構(gòu)造，使得該凸型的彎月 形構(gòu)造作為聚光單元31起作用，可增大發(fā)光管的內(nèi)部的立體角。在圖2中，從激光振蕩部2放射的激光束在發(fā)光管1內(nèi)部的中心部附近，以立體角 變大的方式被聚光，由此提高其能量密度。在光束的能量密度成為閾值以上的區(qū)域，封入于發(fā)光管1內(nèi)部的發(fā)光元素被電 離。由此，在發(fā)光管的內(nèi)部產(chǎn)生高溫等離子體狀態(tài)，使發(fā)光管進(jìn)行發(fā)光。在本實(shí)施例中，與位于發(fā)光管1外部的聚光單元的立體角相比以相對(duì)較大的立體 角進(jìn)行聚光，可減小能夠電離發(fā)光元素的閾值以上的能量密度的光束區(qū)域。所以，可將被電 離的發(fā)光元素形成為高密度，形成高溫等離子體的狀態(tài)，開始點(diǎn)燈。在此，在本發(fā)明中發(fā)光管內(nèi)的聚光位置優(yōu)選為發(fā)光管的中心部附近。這是依據(jù)以 下的理由。
在發(fā)光管1(石英管)的內(nèi)部有等離子體進(jìn)行發(fā)光時(shí)，發(fā)光的等離子體的溫度會(huì)成 為數(shù)千度，通過(guò)到發(fā)光管1的管壁為止的距離，使得石英被等離子體加熱。當(dāng)被加熱的石英 溫度變高時(shí)，石英會(huì)熔融而產(chǎn)生白濁等，由于加壓的氣體而會(huì)破壞?？梢韵氲?，若使從等離子體到石英為止的距離相同，則發(fā)光管的內(nèi)表面同樣地被 加熱，但若等離子體在發(fā)光管內(nèi)部偏芯，則產(chǎn)生距離等離子體的距離近的部分，會(huì)產(chǎn)生白濁 等而產(chǎn)生破壞。并且，不會(huì)產(chǎn)生白濁的距離可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)等決定，但若等離子體在發(fā)光管的中心 附近，則發(fā)光管的內(nèi)部被同樣地加熱，因而通過(guò)將管的內(nèi)徑形成為不會(huì)產(chǎn)生白濁的程度的 大小，可防止白濁等導(dǎo)致的管的破壞。本實(shí)施例的彎月形構(gòu)造的發(fā)光管，可例如如下地進(jìn)行制造。(1)彎月形構(gòu)造的制造方法1最初，加熱管狀石英管的中心的同時(shí)從兩側(cè)擠推而將石英集中在中心，向管的內(nèi) 部加壓的同時(shí)加熱使之膨脹。此時(shí)，在管內(nèi)部均勻地膨脹，因而形成有球狀的內(nèi)表面。重復(fù)幾次該“加熱”、“將石英集中在中心”、“加壓”的同時(shí)，制作中心為球狀的部 件，在脹成球狀的外表面，擠壓沖壓成形用的模具，形成曲率半徑比球狀內(nèi)表面小的外表面 形狀。最后，將兩端予以加熱使其熔融并關(guān)閉，形成球狀的中空石英管，亦即形成具有彎月 形構(gòu)造的發(fā)光管。(2)彎月形構(gòu)造的制造方法2將棒狀石英的內(nèi)部與外部削取成半球狀，使其具備外表面的曲率半徑比內(nèi)表面小 的彎月形構(gòu)造，并制作出兩個(gè)相同的結(jié)構(gòu)，將球狀的部分貼合，加熱熔融使其形成一體。如上所述，在本實(shí)施例中，將發(fā)光管1的壁自身作為聚光單元起作用，在發(fā)光管1 的內(nèi)部將光束聚光，因而被聚光于發(fā)光管1的壁的光束不會(huì)被照射，而可防止加熱或破損。并且，在發(fā)光管1的內(nèi)部將光束聚光，且增大其光束立體角，光束在發(fā)光管的內(nèi)部 成為可電離發(fā)光元素的閾值以上，且可減小該閾值以上的區(qū)域。由此，在發(fā)光管的內(nèi)部形成 高溫等離子體狀態(tài)，可良好地開始點(diǎn)燈。如上所述地，本實(shí)施例的光源裝置可防止發(fā)光管的破損，且可良好地開始點(diǎn)燈，因 而在具備該發(fā)光管的裝置(例如，表示于圖1的曝光裝置)中，能夠連續(xù)地良好地開始點(diǎn) 燈，因而可以快速地照射被照射物。并且，本實(shí)施例的發(fā)光管是凸型的彎月形構(gòu)造，在紙面的左右兩側(cè)形成聚光單元。 所以，能夠代替上述圖1的聚光單元11b，使用形成于發(fā)光管1的聚光單元，將從發(fā)光管1出 射的光朝著光束衰減器1 予以聚光(對(duì)于這一點(diǎn)在下文敘述)。并且，本實(shí)施例的光源裝置可作為圖1所表示的曝光裝置的光源的用途來(lái)使用， 若變更發(fā)光管內(nèi)的發(fā)光元素，則可將來(lái)自發(fā)光管的出射光變更成各種波長(zhǎng)的光，也可作為 例如可視光光源的放映機(jī)(投影機(jī))用的光源來(lái)使用?，F(xiàn)有的在發(fā)光管的內(nèi)部相對(duì)配置有 一對(duì)電極的被稱為所謂燈的光源，可以用作各種用途，但本發(fā)明的光源裝置可以作為該燈 的代替手段來(lái)使用，可用于與燈同樣的用途。并且，發(fā)光管的內(nèi)表面形狀是球狀，但在發(fā)光管的外表面形成凸型的彎月形構(gòu)造 即可，因而其內(nèi)表面形狀也可以為橢圓體。以下，表示上述第1實(shí)施例的數(shù)值例及部件例。
發(fā)光管的構(gòu)件石英玻璃發(fā)光管的外徑20mm發(fā)光管的內(nèi)徑16mm封入于發(fā)光管內(nèi)的發(fā)光元素Xe、水銀氙氣體的封入壓或封入量10氣壓、Img激光振蕩部的激光結(jié)晶YAG結(jié)晶光束的波長(zhǎng)1064nm針對(duì)第2實(shí)施例，使用圖4加以說(shuō)明。圖4的光源裝置具備發(fā)光管1和朝著該發(fā)光管1出射光束的激光振蕩部2。本實(shí)施例的發(fā)光管1替換凸型的彎月形構(gòu)造的壁，使用平凸透鏡。發(fā)光管1由來(lái) 自激光振蕩部2的光束能夠穿透，發(fā)光氣體的激勵(lì)光能夠穿透的部件(例如石英玻璃)構(gòu) 成。圖4 (a)是表示將作為聚光單元起作用的平凸透鏡32通過(guò)加熱或熔敷接合到切掉 了一部分的球狀部件的情形。圖4(b)是表示形成圓筒狀的發(fā)光管，切掉其端部，將作為聚光單元的平凸透鏡通 過(guò)加熱或熔敷接合到該被切掉的部分的情形。(a)、(b)中被接合的平凸透鏡都是其平面部分作為發(fā)光管1的內(nèi)表面，而其凸面 作為發(fā)光管的外表面。圖4(a)、(b)所示的平凸透鏡32上被照射有來(lái)自激光振蕩部2的光束，該光束在 發(fā)光管1的內(nèi)部，以立體角變大的方式被聚光，由此可提高其能量密度。在光束的能量密度成為閾值以上的區(qū)域，被封入于發(fā)光管1的內(nèi)部的發(fā)光元素被 電離，形成高溫等離子體狀態(tài)，而開始進(jìn)行點(diǎn)燈。在本實(shí)施例中，也如上所述，將發(fā)光管1的壁自身作為聚光單元起作用，在發(fā)光管 1的內(nèi)部使光束聚光，因而被聚光的光束不會(huì)照射到發(fā)光管1的壁，可防止其加熱或破損。并且，在發(fā)光管1的內(nèi)部對(duì)光束進(jìn)行聚光，且增大該光束的立體角，因而在發(fā)光管 的內(nèi)部形成高溫等離子體狀態(tài)，能夠良好地進(jìn)行開始點(diǎn)燈。在上述實(shí)施例中，形成于發(fā)光管的壁的聚光單元不限定于平凸透鏡，例如圖5(a) 及圖5(b)所示，也可使用棒形透鏡33。光束入射于聚光單元時(shí)，一部分(例如光束能量的數(shù)％)會(huì)被反射至聚光單元。如 圖5(a)所示，在棒形透鏡33的平面位于發(fā)光管1的外方側(cè)時(shí)，可以在由發(fā)光管1內(nèi)的高溫 等離子體狀態(tài)所放射的熱不容易傳熱的位置，配置棒形透鏡33的平面。由此，在棒形透鏡 33，即使在平面設(shè)置AR涂層(所謂Anti-Reflection Coat)，也可防止AR涂層由于高溫等 離子體狀態(tài)的熱而蒸發(fā)，通過(guò)該AR涂層，可抑制入射于平面的光束被反射。針對(duì)于第3實(shí)施例，使用圖6加以說(shuō)明。具備由支撐體Ia支撐的發(fā)光管1以及朝著該發(fā)光管1出射激光的激光振蕩部2。本實(shí)施例的發(fā)光管1的外表面和內(nèi)表面都是大致球狀。在其內(nèi)表面設(shè)有通過(guò)棒狀 固定部6固定的聚光單元34。該聚光單元34可用作具有朝著發(fā)光管1的中心聚光的功能 的聚光單元，例如如該圖所示可使用凸透鏡。在圖6中，在設(shè)有聚光單元34的發(fā)光管1的壁的外表面，入射有來(lái)自激光振蕩部82的光束，穿透發(fā)光管1的壁的光束入射于聚光單元34。該光束通過(guò)聚光單元34以立體角變大的方式被聚光，提高能量密度。在光束的能量密度成為閾值以上的區(qū)域，被封入于發(fā)光管1的內(nèi)部的發(fā)光元素被 電離，形成高溫等離子體狀態(tài)，而開始進(jìn)行點(diǎn)燈。在本實(shí)施例中，將聚光單元設(shè)于發(fā)光管1的內(nèi)部，在發(fā)光管的內(nèi)部使光束進(jìn)行聚 光，因而被聚光的光束不會(huì)照射發(fā)光管1的壁，可防止加熱或破損。并且，在發(fā)光管1的內(nèi)部使光束進(jìn)行聚光，且增大該光束的立體角，因而可在發(fā)光 管內(nèi)部形成高溫等離子體狀態(tài)，可良好地進(jìn)行開始點(diǎn)燈。尤其是，將聚光單元34設(shè)于發(fā)光 管1的內(nèi)部，因而與上述實(shí)施例1、2那樣使發(fā)光管1的壁作為聚光單元起作用的情況相比， 可進(jìn)一步增大立體角。在上述內(nèi)表面具有聚光單元的發(fā)光管，例如可通過(guò)如下方法制作準(zhǔn)備兩個(gè)將棒 狀的石英的內(nèi)部與外部削成半球狀的部件，在一方的內(nèi)部使聚光透鏡加熱、熔敷，并將該兩 個(gè)半球狀部件貼合而制成球狀，并加熱熔融。在以上說(shuō)明的實(shí)施例中，針對(duì)設(shè)置一個(gè)聚光單元的情形加以說(shuō)明，通過(guò)設(shè)置多個(gè) 聚光單元，能夠以更大的立體角進(jìn)行聚光。具體來(lái)說(shuō)，除了在發(fā)光管設(shè)聚光單元以外，在發(fā) 光管的外部或內(nèi)部設(shè)置聚光透鏡。圖7是表示如上述地設(shè)置多個(gè)聚光單元的本發(fā)明的第4實(shí)施例的圖。圖7(a)是表示除了如圖4(a)所示地在發(fā)光管1設(shè)置聚光單元32以外，還在發(fā)光 管的外方設(shè)置聚光透鏡37時(shí)的構(gòu)成例。圖7(b)是表示除了如圖4(a)所示地在發(fā)光管1 設(shè)置聚光單元32以外，還在發(fā)光管1的內(nèi)部如上述圖6所示地設(shè)置聚光透鏡38時(shí)的構(gòu)成 例。圖7(a)的情形中具備聚光透鏡37，該聚光透鏡37朝著設(shè)于發(fā)光管1的聚光單元 32進(jìn)行聚光，并且設(shè)于發(fā)光管1外方，該聚光透鏡37具備聚光位置與聚光單元32相比位于 紙面右側(cè)的位置(與聚光單元32相比位于發(fā)光管1的內(nèi)部側(cè))的焦點(diǎn)距離。因此，來(lái)自激光振蕩部2的光束通過(guò)聚光透鏡37被聚光并入射于聚光單元32，但 在聚焦之前入射于聚光單元32，通過(guò)聚光單元32進(jìn)一步被聚光而在發(fā)光管1的內(nèi)部聚焦。如圖7(c)所示，在僅以聚光單元32進(jìn)行聚光時(shí)，其立體角為θ 1，但如圖7(d)所 示，即使聚光單元32具有與圖(a)所示的聚光單元相同的焦點(diǎn)距離，通過(guò)在入射于聚光單 元32之前通過(guò)聚光透鏡37進(jìn)行聚光，能夠以立體角比Θ1大的θ 2進(jìn)行聚光。亦即，因此，如圖7 (a)所示，在聚光單元32的外方配置聚光透鏡37，與僅聚光單元 32時(shí)相比較可使立體角變大。并且，在圖7 (a)的例子中，通過(guò)聚光透鏡37與聚光單元32進(jìn)行聚光，被聚光透鏡 37聚光的光入射于發(fā)光管1的聚光單元，但并不是如圖13所示地僅以聚光透鏡聚光而入射 于發(fā)光管，因而發(fā)光管1不會(huì)如圖13的情況那樣被加熱，能夠抑制發(fā)光管1由于聚光的光 而破損的情形。并且，也不需要如圖13所示地將直徑大的聚光透鏡設(shè)于發(fā)光管1的外部。在圖7(b)的情況下，具備設(shè)置有聚光單元32的發(fā)光管1 ；以及設(shè)于發(fā)光管1的內(nèi) 部、且將來(lái)自聚光單元32的光聚光的聚光透鏡38。該例子也與圖7(a)的情形同樣地，來(lái)自激光振蕩部2的光束通過(guò)聚光單元32與 聚光透鏡38被聚光，因而可以使立體角變大。
并且，在圖7(b)的例子中，與圖7(a)不相同，并不是通過(guò)設(shè)于發(fā)光管1的外部的 聚光透鏡而被聚光的會(huì)聚光入射于聚光單元32，而是會(huì)聚光入射于聚光透鏡38，發(fā)光管不 會(huì)被直接加熱，可減小破損的問(wèn)題。并且，與第3實(shí)施例同樣地，將聚光透鏡38設(shè)于發(fā)光管1內(nèi)部，因而聚光透鏡38 與聚光點(diǎn)的距離變小，進(jìn)一步增大立體角。并且，聚光透鏡38經(jīng)由固定部6固定于聚光單元32，但聚光透鏡38只要處于受到 來(lái)自聚光單元32的會(huì)聚光的位置即可，因而該固定部6也可以設(shè)于聚光單元32以外的部 分。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，設(shè)置有多個(gè)聚光單元，因而與上述實(shí)施例相比，能夠以 更大的立體角進(jìn)行聚光。并且，設(shè)置有多個(gè)聚光單元，因而根據(jù)聚光單元的聚光程度比圖13 所示的聚光單元小。因此，能夠抑制第2個(gè)配置的聚光單元32(圖7(a))或聚光透鏡38(圖 7(b))的加熱。以下針對(duì)于第5實(shí)施例，使用圖8進(jìn)行說(shuō)明。圖8的光源裝置具備由支撐體Ia支撐的發(fā)光管1、光導(dǎo)管5、以及朝著發(fā)光管1出 射光束的激光振蕩部2。本實(shí)施例的發(fā)光管1在外表面設(shè)置光導(dǎo)管5，在設(shè)有該光導(dǎo)管5的發(fā)光管1的內(nèi) 表面?zhèn)扰渲糜袦?zhǔn)直透鏡4，連續(xù)于該準(zhǔn)直透鏡4在發(fā)光管的內(nèi)方配置有聚光單元34 (凸透 鏡)。在圖8中，來(lái)自激光振蕩部2的光束沿著光導(dǎo)管5朝著發(fā)光管1的內(nèi)部被導(dǎo)光，從 發(fā)光管1的內(nèi)面出射于發(fā)光管1的內(nèi)部時(shí)，通過(guò)發(fā)光管1的折射率與發(fā)光管1的內(nèi)部空間 的折射率之差，光束會(huì)擴(kuò)展。將該擴(kuò)展的光束通過(guò)準(zhǔn)直透鏡4形成大致平行的光，通過(guò)聚光 單元34被聚光，提高能量密度。在光束的能量密度成為閾值以上的區(qū)域中，被封入在發(fā)光管1內(nèi)部的發(fā)光元素被 電離，形成高溫等離子體狀態(tài)，開始點(diǎn)燈。在本實(shí)施例中，將聚光單元設(shè)置于發(fā)光管1的內(nèi)部，在內(nèi)部使光束聚光，因而與上 述第3實(shí)施例同樣，被聚光的光束不會(huì)照射到發(fā)光管1的壁，可防止加熱或破損。并且，在發(fā)光管1的內(nèi)部將光束聚光，且將其光束立體角變大，因而可在發(fā)光管的 內(nèi)部形成高溫等離子體狀態(tài)，可良好地進(jìn)行開始點(diǎn)燈。尤其是，將聚光單元34設(shè)于發(fā)光管 1的內(nèi)部，因而與上述的實(shí)施例1、2那樣將發(fā)光管1的壁作為聚光單元起作用的情形相比， 可進(jìn)一步增大立體角。并且，也可以替代圖8的準(zhǔn)直透鏡與聚光透鏡，使用兼具準(zhǔn)直透鏡的功能與聚光 透鏡的功能的衍射光學(xué)元件(DOE =Diffractive OpticalElement)。以上所說(shuō)明的第1-5的實(shí)施例基本上是設(shè)置于發(fā)光管的聚光單元是1個(gè)的情形， 但也存在入射于發(fā)光管的光束數(shù)為多個(gè)的情況或在發(fā)光管使光束聚光并使其入射而且希 望將從發(fā)光管出射的光束聚光的情況，在上述情況下，也可以想到將多個(gè)聚光單元設(shè)置于 發(fā)光管。以下，針對(duì)將多個(gè)聚光單元設(shè)置于發(fā)光管的情形加以說(shuō)明。在例如以下的情況下，可在發(fā)光管設(shè)置多個(gè)的聚光單元。(1)在多個(gè)光束入射于發(fā)光管的情況如上述專利文獻(xiàn)1所述，想要將發(fā)光管點(diǎn)燈，可以想到必須使足夠用于封入氣體的放電激勵(lì)的充分強(qiáng)度的連續(xù)或脈沖狀的激光入射，但使連續(xù)的激光或脈沖狀的激光的僅 任一方入射于發(fā)光管，有產(chǎn)生以下⑤及 的問(wèn)題的可能性。⑤脈沖狀的激光的情況下，通過(guò)使足夠用于封入氣體的放電激勵(lì)的充分強(qiáng)度的脈 沖狀的激光入射來(lái)開始點(diǎn)燈，但斷續(xù)性的激光入射于封入氣體，因而高溫等離子體狀態(tài)被 切斷，可以想到在穩(wěn)定點(diǎn)燈時(shí)，很難維持高溫等離子體狀態(tài)。亦即，有放電維持變得不穩(wěn)定 的可能性。⑥連續(xù)的激光的情況下，通過(guò)使足夠用于封入氣體的放電激勵(lì)的充分強(qiáng)度的連續(xù) 的激光入射來(lái)開始點(diǎn)燈，但開始放電所必需的激光的功率是數(shù)十kw至數(shù)百kW，連續(xù)輸出這 種大輸出的激光的激光裝置是大型的，且成本也高。并且，維持高溫等離子體狀態(tài)時(shí)也輸入 與開始點(diǎn)燈時(shí)相同的能量時(shí)，則在本發(fā)明這樣在管壁設(shè)置聚光單元的情況下，也使得管球 被加熱，或在管球產(chǎn)生扭曲而有破損的可能性。為了解決以上的問(wèn)題，可以想到如圖9(a)所示，設(shè)置出射脈沖狀光束的脈沖激光 振蕩部21以及出射連續(xù)波的光束的連續(xù)波激光振蕩部22，將從各激光振蕩部21、22出射的 激光束通過(guò)聚光單元3a、!3b被聚光，以在發(fā)光管1的內(nèi)部重疊的方式構(gòu)成。由此，如圖9(b)所示，在發(fā)光管1內(nèi)，脈沖狀的光束與連續(xù)的光束重合。被封入于發(fā)光管的內(nèi)部的發(fā)光元素為了形成高溫等離子體狀態(tài)，需要很大的能 量。脈沖狀的光束雖然是斷續(xù)的，但可形成高能量，因而可以推測(cè)出通過(guò)該光束將發(fā)光元素 形成為高溫等離子體狀態(tài)。另一方面，形成高溫等離子體狀態(tài)之后，為了維持該狀態(tài)所必需的能量比形成高 溫等離子體狀態(tài)時(shí)小也可以，并且必須連續(xù)地供給。連續(xù)的光束在發(fā)光管1的內(nèi)部重疊于 脈沖狀光束所入射的位置，且相對(duì)于脈沖狀光束能量較小(圖9(b)的縱軸表示能量的相對(duì) 值)而且是連續(xù)的，因而可維持高溫等離子體狀態(tài)。并且，在發(fā)光管入射有多個(gè)光束時(shí)，并不限于上述情況，例如，也可以想到設(shè)置兩 臺(tái)連續(xù)波激光振蕩部，在開始放電時(shí)，從雙方的激光振蕩部將激光入射于發(fā)光管，開始點(diǎn)燈 后，僅從一方的激光振蕩部使光束入射于發(fā)光管，可維持點(diǎn)燈等。(2)將光束聚光于發(fā)光管而進(jìn)行入射，同時(shí)想要使從發(fā)光管出射的光束聚光的情 況。入射于發(fā)光管1的光束的能量為了使封入于發(fā)光管內(nèi)部的發(fā)光元素形成高溫等 離子體狀態(tài)而被使用一部分，但也存在剩余的光束，該剩余的光束被出射到與發(fā)光管的入 射側(cè)相反的一側(cè)。亦即，如上述圖1所示，來(lái)自激光振蕩部2的光束從發(fā)光管1的紙面右側(cè)入射，其 一部分形成高溫等離子體狀態(tài)。剩余的光束向著紙面左側(cè)出射，被聚光單元lib聚光，入射 于光束衰減器12a。用以入射于該光束衰減器12a的聚光單元不一定與發(fā)光管1分體設(shè)置。因此也可 以想到將向光束衰減器聚光的聚光單元設(shè)置于發(fā)光管。亦即，此時(shí)，可以想到分別設(shè)置使入射于發(fā)光管1的光束聚光的聚光單元以及將 從發(fā)光管出射的光束聚光的聚光單元。針對(duì)在發(fā)光管設(shè)置有多個(gè)聚光單元的第6實(shí)施例，使用圖10加以說(shuō)明。圖10的光源裝置具備由支撐體Ia支撐的發(fā)光管1、朝著該發(fā)光管1出射例如脈沖狀光束的激光振蕩部21、以及出射例如連續(xù)波的激光束的激光振蕩部22。本實(shí)施例的發(fā)光管1的外表面與內(nèi)表面都是大致球狀，在其內(nèi)表面設(shè)有通過(guò)棒狀 固定部6固定的聚光單元35a、35b。該聚光單元35a、3^如上所述可用作具有朝發(fā)光管1 的中心進(jìn)行聚光的功能的聚光單元，例如該圖所示，可使用凸透鏡。這樣一來(lái)，在第6實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)于發(fā)光管1的內(nèi)表面的聚光單元34a、34b，使從 兩個(gè)激光振蕩部21、22出射的光束聚光，在發(fā)光管1的中心部形成能量大的區(qū)域。這樣一來(lái)，通過(guò)脈沖狀光束形成高溫等離子體狀態(tài)，在該高溫等離子體狀態(tài)形成 的位置上重疊亮度比脈沖狀光束小的連續(xù)的光束，從而可抑制高溫等離子體狀態(tài)的切斷， 可維持高溫等離子體狀態(tài)。在本實(shí)施例中，將兩個(gè)聚光單元設(shè)于發(fā)光管1的內(nèi)部，在內(nèi)部將光束聚光，因而與 上述第3、第5實(shí)施例同樣地，被聚光的光束不會(huì)照射發(fā)光管1的壁，可防止加熱或破損。并且，在發(fā)光管1的內(nèi)部將光束聚光，且使其光束立體角變大，因而可在發(fā)光管的 內(nèi)部形成高溫等離子體狀態(tài)，可良好地進(jìn)行開始點(diǎn)燈。尤其是，將聚光單元35a、3^設(shè)于發(fā) 光管1的內(nèi)部，因而與上述的實(shí)施例1、2那樣使發(fā)光管1的壁作為聚光單元起作用的情況 相比，可進(jìn)一步增大立體角。并且，如上所述，將兩個(gè)光束入射于發(fā)光管1，因而能夠在發(fā)光管內(nèi)形成等離子體 狀態(tài)，穩(wěn)定地維持該等離子體狀態(tài)。在上述實(shí)施例中表示了在發(fā)光管的內(nèi)表面設(shè)置凸透鏡的聚光單元的例子，但也可 以例如如圖11所示地使用兩個(gè)棒形透鏡36a、36b。并且，也可以如第1、第2實(shí)施例的方式 將發(fā)光管1的壁作為聚光單元起作用。針對(duì)在發(fā)光管設(shè)置多個(gè)聚光單元的第7實(shí)施例使用圖12加以說(shuō)明。本實(shí)施例是如上所述設(shè)置有用以使入射于發(fā)光管的光束和從發(fā)光管出射的光束 聚光的兩個(gè)聚光單元的例子，在此，針對(duì)使用在上述第1實(shí)施例所示的彎月形構(gòu)造的發(fā)光 管的情形加以說(shuō)明。在圖12中，以發(fā)光管1的紙面左側(cè)的壁構(gòu)成聚光單元31a(凸型的彎月形構(gòu)造)， 并且以發(fā)光管1的紙面右側(cè)的壁構(gòu)成聚光單元31b(凸型的彎月形構(gòu)造)。由此，在光束的 光路上，有兩個(gè)聚光單元存在于發(fā)光管的兩個(gè)壁。在本實(shí)施例中，紙面左側(cè)的聚光單元3Ia用于在發(fā)光管內(nèi)部使從激光振蕩部2出 射的光束聚光，紙面右側(cè)的聚光單元31b用于朝光束衰減器1 將從發(fā)光管1出射的光束聚光。由此，不必如上述圖1所示那樣在燈殼上設(shè)置光束衰減器用的聚光單元11b，可實(shí) 現(xiàn)裝置整體的小型化。并且，上述光束衰減器用的聚光單元也可以具備上述第2 第5實(shí)施例所示的光 源裝置。但是，在上述第2、4的實(shí)施例等中，將發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作 用，但這種情況下優(yōu)選以相同材料來(lái)構(gòu)成上述發(fā)光管與上述聚光單元。其根據(jù)以下的理由。發(fā)光管的聚光單元的部分必須可穿透光束，除此以外的部分是必須可穿透來(lái)自發(fā) 光管內(nèi)的激勵(lì)光。因此，發(fā)光管的聚光單元的部分與除此以外的部分能夠以不同的部件構(gòu) 成。
然而，發(fā)光管在燈點(diǎn)燈時(shí)受到發(fā)光管內(nèi)的放射熱等被加熱，因而以不同的部件構(gòu) 成聚光單元與除此以外的部分的情況下，如果兩者的熱膨脹系數(shù)相差較大，則有產(chǎn)生聚光 單元與除此以外的部分的邊界附近破損的問(wèn)題的危險(xiǎn)。因此發(fā)光管優(yōu)選以相同材料來(lái)構(gòu)成 聚光單元和除此以外的部分。
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，具備封入有發(fā)光元素的發(fā)光管；以及朝著該發(fā)光管放射激光束的 激光振蕩部，其特征為，該發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，或在發(fā)光管的內(nèi)表面設(shè)置聚光單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其中，為了使上述發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，采用上述發(fā)光管的外表面的 曲率半徑減小、且其內(nèi)表面的曲率半徑增大的彎月形構(gòu)造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其中，為了使上述發(fā)光管的管壁的一部分作為聚光單元起作用，采用將上述發(fā)光管的外表面 形成為曲面，且將其內(nèi)表面形成為平面的平凸構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其中，設(shè)于上述發(fā)光管的內(nèi)表面的聚光單元是離開發(fā)光管的內(nèi)表面而設(shè)置的聚光單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的光源裝置，其中， 設(shè)置有多個(gè)上述聚光單元。
全文摘要
提供光源裝置，在發(fā)光管內(nèi)能以大立體角聚光光束，防止能量密度高的光束碰到發(fā)光管的壁。發(fā)光管(1)是凸型彎月形構(gòu)造，作為聚光單元(31)起作用。從激光振蕩部(2)放射的激光束通過(guò)聚光單元(31)在發(fā)光管(1)的內(nèi)部以增大立體角的方式被聚光。由此形成高溫等離子體狀態(tài)，使得發(fā)光管發(fā)光。將發(fā)光管(1)的壁自身作為聚光單元，因而可增大聚光時(shí)的立體角，并且所聚光的光束不照射發(fā)光管(1)的壁，可防止發(fā)光管的加熱或破損。作為聚光單元，只要是凸透鏡、棒形透鏡等可將光聚光的形狀即可，也可使用其他，也可以設(shè)置多個(gè)聚光單元。并且，將聚光單元安裝于發(fā)光管的內(nèi)表面也可得到同樣的效果。
文檔編號(hào)H01J61/02GK102043346SQ20101051048
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者住友卓, 安田幸夫, 橫田利夫 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社