(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ発生部と、集光手段と、発光ガスが封入されたプラズマ容器とを有し、該プラズマ容器内に生じるプラズマからの励起光を、凹面反射面を介して放射するレーザ駆動光源装置において、プラズマ容器を透過したレーザ光が、プラズマ容器から発する励起光と共に出射して被照射物に照射されることを回避することにより、被照射物の加工精度や発熱による損傷を防止したレーザ駆動光源装置を提供する。【解決手段】レーザ発生部３は、環状のレーザ光を集光手段４に向けて放射するものであって、集光手段４は、プラズマ容器２の内部に環状のレーザ光Ｌを集光させ、集光手段４の集光点Ｆを通過したレーザ光Ｌ１が凹面反射面２１に当たることなく出射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発生部と、集光手段と、発光ガスが封入されたプラズマ容器とを有し、該プラズマ容器内に生じるプラズマからの励起光を、凹面反射面を介して放射するレーザ駆動光源装置であって、
前記レーザ発生部は、環状のレーザ光を前記集光手段に向けて放射するものであって、
前記集光手段は、前記プラズマ容器の内部に前記環状のレーザ光を集光させ、
前記集光手段の集光点を通過したレーザ光が前記凹面反射面に当たることなく出射するものである
ことを特徴とするレーザ駆動光源装置。
【請求項２】
前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、前記本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項３】
前記プラズマ容器は管球形状であって、該プラズマ容器を囲むように凹面反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項４】
前記レーザ発生部は、レーザ源と、該レーザ源の光軸上に配置された環状レーザ光生成手段とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項５】
前記環状レーザ光生成手段が、一対のアキシコンレンズからなることを特徴とする請求項４に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項６】
前記環状レーザ光生成手段が、複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバから構成され、前記バンドルファイバは、出射端の断面における中心部に光ファイバを有しないものであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ駆動光源装置。
【請求項７】
前記レーザ発生部が、複数のレーザダイオードが、その発光点が環状となるように配置されたレーザダイオードアレイからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ駆動光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ駆動光源装置に関し、特に、半導体、液晶基板若しくはカラーフィルタの露光装置やデジタルシネマ用の画像投影装置等に使用されるレーザ駆動光源装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなレーザ駆動光源装置は、レーザ光をプラズマ容器内に集光入射させて、該プラズマ容器内にプラズマを生成して、このプラズマからの励起光を放射するものであるが、レーザ光は必ずしもその全てがプラズマの生成に寄与するものではなく、その一部はプラズマ容器内のプラズマを通過して、そのままプラズマ容器外に放射される。この通過レーザ光が被照射物に照射されると、被照射物が加熱され加工精度に悪影響を及ぼしたり、破損したりしてしまうことがあり、その対策が求められている。
【０００３】
特開２０１１−１１９２００号公報（特許文献１）はそのための対策として、プラズマを通過したレーザ光を遮蔽する遮蔽部材を設けたものが提案されている。
図７にその概略構造が示されていて、レーザ源５１と、集光レンズ５２と、プラズマ容器５３と、凹面反射鏡５４からなるレーザ駆動光源装置において、プラズマ容器５３内の集光位置の後方側に遮蔽部材５５を設けて、プラズマＰを通過したレーザ光をこの遮蔽部材５５により遮蔽して、プラズマ容器５３外に放射されないようにしたものである。
【０００４】
しかしながら、この先行技術によれば、遮蔽部材５５はプラズマＰを通過したレーザ光を遮蔽するものであるが、同時に、プラズマから発生する被照射物への照射に利用する励起光をも一部遮蔽してしまうという不具合がある。このような不具合を低減すべく、遮蔽部材の面積を小さくすると、レーザ光の光束の径を小さくする必要があるが、光束の径を小さくすると、プラズマが細長く延びてしまい、光の利用率が低下するという別の問題が発生する。
また、このような対策とは別に、レーザ光の進行方向の光路上にレーザ光の波長領域をカットするフィルタを設置することも考えられるが、その場合も、通過したレーザ光は低減できるが、フィルタにより本来利用する励起光もその一部が吸収されて減衰しまうという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１９２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、レーザ発生部と、集光手段と、発光ガスが封入されたプラズマ容器とを有し、該プラズマ容器内に生じるプラズマからの励起光を、凹面反射面を介して放射するレーザ駆動光源装置において、本来利用すべきプラズマ容器からの励起光を遮蔽・減衰することなく、プラズマを通過したレーザ光が、被照射物に照射されてしまうことを抑制することにより、被照射物の加工精度や損傷を防止したレーザ駆動光源装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動光源装置は、前記レーザ発生部は、環状のレーザ光を前記集光手段に向けて放射するものであって、前記集光手段は、前記プラズマ容器の内部に前記環状のレーザ光を集光させ、前記集光手段の集光点を通過したレーザ光が前記凹面反射面に当たることなく出射するものであることを特徴とする。
【０００８】
また、前記プラズマ容器が、凹面反射面を有する本体と、該本体の後方開口に設けられた入射窓と、前記本体の前方開口に設けられた出射窓とからなり、前記本体と前記入射窓と前記出射窓によって密閉空間が形成されていることを特徴とする。
また、前記プラズマ容器は管球形状であって、該プラズマ容器を囲むように凹面反射鏡が配置されていることを特徴とする。
また、前記レーザ発生部は、レーザ源と、該レーザ源の光軸上に配置された環状レーザ光生成手段とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記環状レーザ光生成手段が、一対のアキシコンレンズからなることを特徴とする。
また、前記環状レーザ光生成手段が、複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバから構成され、前記バンドルファイバは、出射端の断面における中心部に光ファイバを有しないものであることを特徴とする。
また、前記レーザ発生部が、複数のレーザダイオードが、その発光点が環状となるように配置されたレーザダイオードアレイからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、プラズマ容器内に集光するレーザ光が中抜けした環状のレーザ光であるために、プラズマを通過したレーザ光も環状のままであり、凹面反射面に当ることなく、そのままプラズマ容器外に放射された際、このレーザ光が被照射物に照射されることがない。そのために、被照射物の加工精度に影響を及ぼすこともなく、かつ、これを加熱して損傷するようなこともない。
しかも、本来的に利用されるプラズマからの励起光は何等遮蔽されることがなく、その利用効率が低減されることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例の概略図（Ａ）、Ｘ−Ｘ断面図（Ｂ）。
【図２】本発明の第２実施例の概略図（Ａ）、Ｘ−Ｘ断面図（Ｂ）。
【図３】本発明の第３実施例の概略図（Ａ）、Ｘ−Ｘ断面図（Ｂ）。
【図４】図３のＸ−Ｘ拡大断面図。
【図５】本発明の第４実施例の概略図。
【図６】本発明の第５実施例の概略図。
【図７】従来例の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明のレーザ駆動光源装置１の第１の実施例の構成の概略を示す図である。
レーザ駆動光源装置１は、プラズマ容器２と、該プラズマ容器２に環状のレーザ光Ｌを照射するレーザ発生部３と、集光レンズ４とからなる。
プラズマ容器２は、円柱形状の本体２０を有しており、その内面に凹面反射面２１が形成されている。この凹面反射面２１は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。
本体２０には後方開口２０ａと前方開口２０ｂが形成されていて、後方開口２０ａに対応して入射窓２２が設けられ、前方開口２０ｂに対応して出射窓２３が設けられている。
そして、本体２０の後方開口２０ａに対応した入射窓２２は、金属製の窓枠部材２２ａに装着されていて、この窓枠部材２２ａが、金属筒体２２ｂによって本体２０に取り付けられている。これら本体２０と、入射窓２２と、出射窓２３とによって密閉空間が形成されていて、プラズマ容器２を構成し、その密閉空間内に発光媒体が封入されている。
【００１３】
一方、レーザ発生部３は、レーザ源３１と、該レーザ源３１からのレーザ光Ｌを中抜けした環状形状にするための環状レーザ光生成手段３２とからなり、この実施例では、環状レーザ光生成手段３２は、一対のアキシコンレンズ３３、３４からなる。
このレーザ源３１からのレーザ光Ｌの光軸と、前記プラズマ容器２における凹面反射面２１の光軸（回転中心軸）とは一致している。
前記レーザ発生部３のレーザ源３１からアキシコンレンズ３３、３４を透過したレーザ光Ｌは、図１（Ｂ）に示すように、中抜けした円環状のレーザ光Ｌとなり、これが集光レンズ４によって集光されてプラズマ容器２の入射窓２２から入射して、凹面反射面２１の焦点位置Ｆに集光する。これにより当該焦点位置Ｆを中心としてプラズマＰが生成され、発光媒体が励起されて生じる励起光ＥＬは、凹面反射面２１により反射されて、平行光（凹面反射面２１が放物面形状の場合）となって出射窓２３から外部に出射されていく。
【００１４】
一方、環状レーザ光ＬのうちプラズマＰを通過したレーザ光Ｌ１は、凹面反射面２１に当ることなく、環状形状のまま外部に出射される。
これにより、プラズマＰにより励起された励起光ＥＬはそのまま被照射物（不図示）に照射されるが、プラズマＰを通過した環状レーザ光Ｌ１は被照射物に照射されることはない。
なお、プラズマＰを通過したレーザ光Ｌ１が、凹面反射面２１に当たらないようにする構造は、レーザ光Ｌ１の形状、寸法、入射立体角などに応じて、凹面反射面２１の形状、寸法などを適宜に選択することによって決定される。
また、プラズマ容器２から出射するレーザ光Ｌ１が拡開して、利用すべき励起光ＥＬと干渉しない位置に、当該レーザ光Ｌ１を吸収するためにダンパーＤを設けるようにしてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１が周辺機器に照射されて不具合を起こすことを防止できる。
【００１５】
環状レーザ光生成手段３２の別の実施例が図２に示されている。この環状レーザ光生成手段３２は、複数の光ファイバ３５を束ねたバンドルファイバ３６から構成され、このバンドルファイバ３６は、出射端の断面における中心部に光ファイバを有しないものである。これにより、図２（Ｂ）に示されるように、円周上に発光スポットを有する中心部が中抜けした環状レーザ光Ｌが形成される。
【００１６】
また、図３、４にレーザ発生部３の別の実施例が示されていて、図４に明示されるように、レーザ発生部３は、複数のレーザダイオード３７が、その発光点３８が環状となるように配置されたレーザダイオードアレイ３９から構成されるものである。なお、この例では、レーザダイオード３７は四角環状に配列されたものを示したが、円環状の配列であってもよい。
レーザダイオードアレイ３９の各レーザダイオード３７の発光点３８からのレーザ光Ｌは、図３（Ｂ）に示すように、中抜けした四角環状をなしている。
【００１７】
図５および図６には、それぞれプラズマ容器２の別の実施例が示されている。
図５において、プラズマ容器２は、凹面反射鏡２４と、この後方開口２４ａに設けられた入射窓２５と、前方開口２４ｂに設けられた出射窓２６とから構成されていて、これら凹面反射鏡２４と、入射窓２５と、出射窓２６とによって密閉空間が形成されていて、この密閉空間内に発光媒体が封入されている。
レーザ発生部３からの環状レーザ光Ｌは、入射窓２５からプラズマ容器２内に入射し、凹面反射鏡２４の焦点Ｆに集光する。ここで生成されたプラズマＰが発光媒体を励起して励起光ＥＬを生成し、この励起光ＥＬは凹面反射鏡２４によって反射され、出射窓２６から外部に出射する。
一方、プラズマＰを通過した環状レーザ光Ｌ１が凹面反射鏡２４に当ることなく、そのまま外部に出射されることは、先の各実施例と同様である。
【００１８】
図６に更に別の実施例が示されていて、プラズマ容器２は管球形状である。ここで、管球形状とは、ランプ技術における、略球形状や略楕円回転体形状などの発光管形状を意味し、例えば石英ガラスなどの透光性材料からなり、その内部に発光媒体として、例えば、希ガス、水銀等が封入されている。
このプラズマ容器２を取り囲むように前方開放の凹面反射鏡２７が設けられる。このとき、プラズマ容器２は凹面反射鏡２７の焦点Ｆに位置するように配置されることが好ましい。
凹面反射鏡２７の後方開口２７ａには入射窓２８が設けられていて、レーザ発生部３からの環状レーザ光Ｌは、この入射窓２８から凹面反射鏡２７内に入射し、プラズマ容器２に入射する。ここで生成されたプラズマＰによって励起された励起光ＥＬは、プラズマ容器２から出射して、凹面反射鏡２７により反射されて、前方開口２７ｂから平行光となって出射される。
勿論、この実施例においても、プラズマＰを通過した環状レーザ光Ｌ１が凹面反射鏡２７に当ることなく、そのまま外部に出射されることは同様である。
【００１９】
なお、上記図５、６の各実施例における、凹面反射鏡２４、２７の形状は、楕円形状、放物面形状等適宜に選択される。
また、以上の図１〜６の各実施例においては、プラズマ容器２は、いわゆる無電極タイプのものを示したが、点火源として内部に電極を有するものであってもよい。
【００２０】
以上説明したように、本発明のレーザ駆動光源装置によれば、レーザ光を中抜けの環状形状としたことにより、プラズマを通過したレーザ光が、凹面反射面により反射されずに、そのままプラズマ容器から出射され、このレーザ光が被照射物に照射されることがないので、被照射物の加工精度に影響を及ぼすことがなく、かつ、これを加熱して損傷するようなこともない。
また、プラズマによる励起光は進行方向に遮蔽物がないために、光の利用効率が向上する。
【符号の説明】
【００２１】
１        レーザ駆動光源装置
２        プラズマ容器
２０      本体
２０ａ    後方開口
２０ｂ    前方開口
２１      凹面反射面
２２      入射窓
２２ａ    窓枠部材
２２ｂ    金属筒体
２３      出射窓
２４      凹面反射鏡
２４ａ    後方開口
２４ｂ    前方開口
２５      入射窓
２６      出射窓
２７      凹面反射鏡
２７ａ    後方開口
２７ｂ    前方開口
２８      入射窓
３        レーザ発生部
３１      レーザ源
３２      環状レーザ光生成手段
３３、３４  アキシコンレンズ
３５      光ファイバ
３６      バンドルファイバ
３７      レーザダイオード
３８      発光点
３９      レーザダイオードアレイ
４        集光レンズ
Ｌ        環状レーザ光
Ｌ１      通過レーザ光
Ｆ        凹面反射面の焦点
Ｐ        プラズマ
ＥＬ      励起光
Ｄ        ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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