(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電源（ＨＶ）に並列に接続される主コンデンサ（Ｃ0）と、
昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）を有し当該昇圧用１次巻線（ＴＣ11）が前記主コンデンサ（Ｃ0）に磁気アシスト（ＳＲ1）及び固体スイッチ（ＳＷ）を介して並列に接続される昇圧用トランス（ＴＣ1）と、
回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）を有し当該回生用１次巻線（ＴＣ21）が前記主コンデンサ（Ｃ0）にダイオード（Ｄ1）を介して並列に接続される回生用トランス（ＴＣ2）と、
複数の転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）及び磁気スイッチ（ＳＲ2、ＳＲ3）を有し１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）が前記昇圧用２次巻線（ＴＣ12）に並列に且つ前記回生用２次巻線（ＴＣ22）にダイオード（Ｄ2）を介して並列に接続されておりまたｎ（ｎ＝２〜ｋ（ｋは２以上））段目の転送コンデンサ（Ｃ2）がｎ−１段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）を介してｎ−１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、
前記磁気パルス圧縮回路のｋ段目の磁気スイッチ（ＳＲ3）を介してｋ段目の転送コンデンサ（Ｃ2）に並列に接続されるピーキングコンデンサ（Ｃp）と、
前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に並列に接続される一対の主放電電極（Ｅ、Ｅ）と、
前記磁気アシスト（ＳＲ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線（ＬＲ1）と、
前記ｎ段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線（ＬＲ2）と、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）と、
前記回生用トランス（ＴＣ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）と、
を備え、
前記高電圧電源（ＨＶ）によって前記主コンデンサ（Ｃ0）に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス（ＴＣ1）を介して後段の各転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に転送されて前記主放電電極（Ｅ、Ｅ）間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前段の各転送コンデンサ（Ｃ2、Ｃ1）に順次転送され、さらに前記回生用トランス（ＴＣ2）及び前記ダイオード（Ｄ1）を介して前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送されて前記主コンデンサ（Ｃ0）で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、
前記各リセット巻線（ＬＲ1、ＬＲ2、ＴＣ1R、ＴＣ2R）に流れる電流に起因して発生するピーキングコンデンサ（Ｃp）の電圧が、主放電後の時間の経過に伴って段階的に上昇するよう設定される上限値以下に抑制されていること
を特徴とするガスレーザ装置の電源回路。
【請求項２】
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）の昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、前記回生用トランス（ＴＣ2）の回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、前記主コンデンサ（Ｃ0）及び前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送された後に、前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の電圧Ｖc1が負から上昇するようにされていること
を特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置の電源回路。
【請求項３】
高電圧電源（ＨＶ）に並列に接続される主コンデンサ（Ｃ0）と、
昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）を有し当該昇圧用１次巻線（ＴＣ11）が前記主コンデンサ（Ｃ0）に磁気アシスト（ＳＲ1）及び固体スイッチ（ＳＷ）を介して並列に接続される昇圧用トランス（ＴＣ1）と、
回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）を有し当該回生用１次巻線（ＴＣ21）が前記主コンデンサ（Ｃ0）にダイオード（Ｄ1）を介して並列に接続される回生用トランス（ＴＣ2）と、
複数の転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）及び磁気スイッチ（ＳＲ2、ＳＲ3）を有し１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）が前記昇圧用２次巻線（ＴＣ12）に並列に且つ前記回生用２次巻線（ＴＣ22）にダイオード（Ｄ2）を介して並列に接続されており、ｎ（ｎ＝２〜ｋ（ｋは２以上））段目の転送コンデンサ（Ｃ2）がｎ−１段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）を介してｎ−１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、
前記磁気パルス圧縮回路のｋ段目の磁気スイッチ（ＳＲ3）を介してｋ段目の転送コンデンサ（Ｃ2）に並列に接続されるピーキングコンデンサ（Ｃp）と、
前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に並列に接続される一対の主放電電極（Ｅ、Ｅ）と、
前記磁気アシスト（ＳＲ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線（ＬＲ1）と、
前記ｎ段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線（ＬＲ2）と、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）と、
前記回生用トランス（ＴＣ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）と、
を備え、
前記高電圧電源（ＨＶ）によって前記主コンデンサ（Ｃ0）に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス（ＴＣ1）を介して後段の各転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に転送されて前記主放電電極（Ｅ、Ｅ）間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前段の各転送コンデンサ（Ｃ2、Ｃ1）に順次転送され、さらに前記回生用トランス（ＴＣ2）及び前記ダイオード（Ｄ1）を介して前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送されて前記主コンデンサ（Ｃ0）で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）の昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、前記回生用トランス（ＴＣ2）の回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、前記主コンデンサ（Ｃ0）及び前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送された後に、前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の電圧Ｖc1が負から上昇するようにされていること
を特徴とするガスレーザ装置の電源回路。
【請求項４】
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）の昇圧用２次巻線（ＴＣ12）の巻数ｎTC12及び前記昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）の巻数ｎTC1Rと、前記回生用トランス（ＴＣ2）の回生用２次巻線（ＴＣ22）の巻数ｎTC22及び前記回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）の巻数ｎTC2Rと、前記各転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）及び前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）の容量Ｃc1、…Ｃck、Ｃcpと、が予め調整されており、前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）の単位時間当たりの電圧によって示される電圧上昇速度が、ピーキングコンデンサ（Ｃｐ）の、主放電後の時間の経過に伴って段階的に上昇するよう設定される電圧の上限値を超えない速度以下になるようにされていること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ装置の電源回路。
【請求項５】
（ｎTC12／ｎTC11） ＞ √（Ｃc0／Ｃc1）
（ｎTC22／ｎTC21） ＜ √（Ｃc0／Ｃc1）
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする請求項２又は３記載のガスレーザ装置の電源回路。
【請求項６】
前記昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）に流れるリセット電流をＩTC1Rとし、前記回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）に流れるリセット電流をＩTC2Rとした場合に、
｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝
／（Ｃc1＋…＋Ｃck＋Ｃcp） ＜ Ｋ
（但し、｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−TC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝＞０であり、Ｋはピーキングコンデンサ（Ｃｐ）の電圧上昇速度であって、電源回路の試験によって得られる定数）
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする請求項４記載のガスレーザ装置の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数段のコンデンサ及び磁気スイッチによってエネルギーの磁気パルス圧縮動作を行って主放電電極間で主放電を発生させ、主放電で消費されなかったエネルギーを次の主放電エネルギーとして回生し、各磁気スイッチの動作点をリセットしてから次の磁気パルス圧縮動作を行うガスレーザ装置の電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。このため、露光用光源から放出される露光光の短波長化が進められており、半導体露光用光源として、従来の水銀ランプから波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ装置が用いられている。さらに、次世代の半導体露光用光源として、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ装置及び波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2 ）レーザ装置等の紫外線を放出するガスレーザ装置が有力である。ＫｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス及びバッファーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガス、ＡｒＦエキシマレーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス、アルゴン（Ａr ）ガス及びバッファーガスとしてのネオン（Ｎｅ）等の希ガスからなる混合ガス、フッ素（Ｆ2 ）レーザ装置においては、フッ素（Ｆ2 ）ガス及びバッファーガスとしてヘリウム（Ｈe ）等の希ガスからなる混合ガスであるレーザガスが数百ＫＰａで封入されたレーザチャンバの内部で放電を発生させることにより、レーザ媒質であるレーザガスが励起される。
【０００３】
レーザチャンバ内部には、レーザガスを励起するための一対の主放電電極が、レーザ発振方向に垂直な方向に所定の距離だけ離間して対向配置されている。この一対の主放電電極には高電圧パルスが印加され、主放電電極間にかかる電圧がある値（ブレークダウン電圧）に到達すると、主放電電極間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始し、この主放電によりレーザ媒質が励起される。このような露光用ガスレーザ装置は主放電の繰返しによるパルス発振を行い、放出するレーザ光はパルス光となる。現状、露光に用いられているレーザ装置のレーザパルスの繰返し周波数は４ＫＨｚ程度であるが、近年、スループットの増大、露光量のバラツキの減少のため、繰返し周波数６ＫＨｚ以上が要請されている。
【０００４】
上記した露光用ガスレーザ装置において、上記したようにレーザチェンバ内で放電を発生させレーザガスを励起させるための高電圧パルス発生装置（以下では電源回路ということもある）の例を図４に示す。
【０００５】
図４の電源回路は、高電圧電源ＨＶに並列に接続される主コンデンサＣ0と、昇圧用１次巻線ＴＣ11及び昇圧用２次巻線ＴＣ12を有し当該昇圧用１次巻線ＴＣ11が前記主コンデンサＣ0に磁気アシストＳＲ1及び固体スイッチＳＷを介して並列に接続される昇圧用トランスＴＣ1と、回生用１次巻線ＴＣ21及び回生用２次巻線ＴＣ22を有し当該回生用１次巻線ＴＣ21が前記主コンデンサＣ0にダイオードＤ1を介して並列に接続される回生用トランスＴＣ2と、複数の転送コンデンサＣ1、Ｃ2及び磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3を有し１段目の転送コンデンサＣ1が前記昇圧用２次巻線ＴＣ12に並列に且つ前記回生用２次巻線ＴＣ22にダイオードＤ2を介して並列に接続されておりまたｎ（ｎ＝２〜ｋ（ｋは２以上））段目の転送コンデンサＣ2がｎ−１段目の磁気スイッチＳＲ2を介してｎ−１段目の転送コンデンサＣ1に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、ｋ段目の磁気スイッチＳＲ3を介してｋ段目の転送コンデンサＣ2に並列に接続されるピーキングコンデンサＣpと、前記ピーキングコンデンサＣpに並列に接続される一対の主放電電極Ｅ、Ｅと、前記磁気アシストＳＲ1のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線ＬＲ1と、前記ｎ段目の磁気スイッチＳＲ2のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線ＬＲ2と、前記昇圧用トランスＴＣ1のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線ＴＣ1Rと、前記回生用トランスＴＣ2のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線ＴＣ2Rと、を備える。
【０００６】
磁気アシスト用リセット巻線ＬＲ1と、磁気スイッチ用リセット巻線ＬＲ2と、昇圧用トランスリセット巻線ＴＣ1Rと、回生用トランスリセット巻線ＴＣ2Rと、は直列に接続され、電源ＣＳに接続されている。
【０００７】
図４の電源回路は、可飽和リアクトルからなる３個の磁気スイッチＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3を用いた２段の磁気パルス圧縮回路を有する。磁気スイッチＳＲ1は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチＳＷで生ずるスイッチングロスを低減するための磁気スイッチであり、磁気アシストとも呼ばれる。なお、磁気スイッチについては後で図６、図７を用いて詳述する。
【０００８】
図４に示す電源回路の動作を図５を参照して説明する。  
先ず固体スイッチＳＷがＯＦＦにされ、電圧値Ｖinに調整された高電圧電源ＨＶによって主コンデンサＣ0が充電される。このときの主コンデンサの充電電圧は正であるとする。固体スイッチＳＷがＯＦＦからＯＮに切り換えられると、主コンデンサＣ0の充電電圧Ｖc1は磁気アシストＳＲ1に印加される。主コンデンサＣ0の充電電圧Ｖc0の時間積分値が磁気アシストＳＲ1の特性で決まる限界値に達すると、磁気アシストＳＲ1が飽和して磁気アシストＳＲ1のインダクタンスが低下する。このタイミングを図５の時刻ｔ1で示す。すると、主コンデンサＣ0、磁気アシストＳＲ1、昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。同時に、昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12、１段目の転送コンデンサＣ1のループにも電流が流れ、主コンデンサＣ0に蓄えられていた電荷が１段目の転送コンデンサＣ1に転送されて、１段目の転送コンデンサＣ1が負側に充電される。
【０００９】
１段目の転送コンデンサＣ1の充電電圧Ｖc1の時間積分値が磁気スイッチＳＲ2の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ2が飽和して磁気スイッチＳＲ2のインダクタンスが低下する。このタイミングを図５の時刻ｔ2で示す。すると、１段目の転送コンデンサＣ1、２段目の転送コンデンサＣ2、磁気スイッチＳＲ2のループに電流が流れ、１段目の転送コンデンサＣ1に蓄えられていた電荷が２段目の転送コンデンサＣ2に転送されて、２段目の転送コンデンサＣ2が負側に充電される。
【００１０】
さらに、２段目の転送コンデンサＣ2の充電電圧Ｖc2の時間積分値が磁気スイッチＳＲ3の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ3が飽和して磁気スイッチＳＲ3のインダクタンスが急激に低下する。このタイミングを図５の時刻ｔ3で示す。すると、２段目の転送コンデンサＣ2、ピーキングコンデンサＣp、磁気スイッチＳＲ3のループに電流が流れ、２段目の転送コンデンサＣ2に蓄えられていた電荷がピーキングコンデンサＣpに転送されて、転送コンデンサＣpが負側に充電される。
【００１１】
ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpがある値（ブレークダウン電圧）Ｖbに達すると、主放電電極Ｅ、Ｅ間のレーザガスが絶縁破壊されて主放電が開始される。この主放電によってレーザ媒質が励起され、光が発生する。
【００１２】
なお、主放電電極Ｅ、Ｅで大きな放電を発生させるために、１段目の転送コンデンサＣ1から２段目の転送コンデンサＣ2への電荷転送、及び２段目の転送コンデンサＣ2からピーキングコンデンサＣpへの電荷転送の際に、電流パルスのパルス幅を順次狭くする所謂磁気パルス圧縮動作が行われるように、磁気パルス圧縮回路（Ｃ1、ＳＲ1、Ｃ2、ＳＲ2）の各素子が設計されている。
【００１３】
ところで、従来の電源回路では、主放電後にピーキングコンデンサＣpと主コンデンサＣ0との間で電荷が逆方向に進行しさらに順方向に進行することによって、主放電に悪影響を及ぼしていた。そこで、本発明者らは、図４に示すように、主放電後にピーキングコンデンサＣpから主コンデンサＣ0に転送される電荷を主コンデンサＣ0に蓄積して次の充電エネルギーの一部として回生可能にする回生回路（ＴＣ2、Ｄ1、Ｄ2）を開発した。この回生回路については下記特許文献１に開示されている。
【００１４】
回生回路を利用したエネルギー回生動作について説明する。  
主放電後にピーキングコンデンサＣpには主放電の残留電荷等によって逆電圧が印可される。つまりピーキングコンデンサＣpは正側に充電される。このタイミングを時刻ｔ4で示す。そして、ピーキングコンデンサＣpから２段目の転送コンデンサＣ2へ、また２段目の転送コンデンサＣ2から１段目の転送コンデンサＣ1へと電荷が順次転送される。転送コンデンサＣ2、Ｃ1もピーキングコンデンサＣpと同様に磁気パルス圧縮動作時の充電電圧とは逆極性の電圧が印加される。つまり、転送コンデンサＣ2、Ｃ1も正側に充電される。それぞれのタイミングを図５の時刻ｔ5、ｔ6で示す。
【００１５】
回生動作時に固体スイッチＳＷはＯＦＦにされている。このため、１段目の転送コンデンサＣ1から主コンデンサＣ0への電荷転送は、回生用トランスＴＣ2を介して行われる。主コンデンサＣ0は高電圧電源ＨＶによって充電される電圧と同じ極性、すなわち正側に充電される。このとき固体スイッチＳＷはＯＦＦにされており、また回生回路のダイオードＤ1、Ｄ2は逆極性で接続されているので、次に固体スイッチＳＷがＯＮに切り換えられるまで、電荷は主コンデンサＣ0に蓄積される。
【００１６】
ここで磁気スイッチの動作について、さらに詳しく説明する。  
図６に磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルの一般的な構成を示し、図７に磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルのコアの磁化曲線を示す。  
図６に示すようにコアＣＲには主巻線ＳＲとリセット巻線ＬＲが巻回されている。リセット巻線ＬＲはリセット回路ＲＣに接続されている。先ず、コアＣＲの動作点が図７の“０”点にあるときに、リセット巻線ＬＲに直流電流が流れると、コアＣＲの動作点は（５）点に移動する。主巻線ＳＲに励磁電流が流れると磁界強度Ｈが増加し、コアＣＲの動作点は（５）点から（４）点を通り（１）点に向かって移動する。
【００１７】
コアＣＲの動作点が（１）点に達すると、コアＣＲ内の磁束密度が飽和磁束密度以上となり、可飽和リアクトルは飽和する。このとき可飽和リアクトルのインダクタンスが急激に低下し、主巻線ＳＲは導通状態となる。コアＣＲの動作点は、可飽和リアクトルが飽和しているときは（１）よりもはるかに磁界の力Ｈが大きいところにあるが、主巻線ＳＲを流れる電流の減少とともに（１）点から（２）点に向かって移動する。このとき可飽和リアクトルのインダクタンスが急激に増加するので、主巻線ＳＲを流れる電流は急激に減少する。主巻線ＳＲの電流が０となったときのコアＣＲの動作点は（２）点で停止し、コアＣＲには磁束が残る（残留磁束）。
【００１８】
コアＣＲの動作点が（２）点にある状態で再び主巻線ＳＲに励磁電流が流れると、コアＣＲの動作点は（２）点から（１）点に向かって移動するが、この場合の磁束密度の変化量は（５）点から（４）点を通り（１）点に向かって移動するよりも小さい。このため非飽和時の可飽和リアクトルのインダクタンスが十分に大きくならず、磁気パルス圧縮回路における磁気パルス圧縮動作がほとんど行えなくなる。磁気パルス圧縮動作を行うためには、コアＣＲの動作点を図６の（２）点から（３）点を介して（５）点に戻すように磁気リセットを行う必要がある。そこで、リセット巻線ＬＲに主巻線ＳＲとは逆方向の直流電流（リセット電流）が流されて、主巻線ＳＲの電流が０となった後にコアＣＲの動作点は（５）点に戻される。
【００１９】
図４に示す電源回路には、磁気スイッチＳＲ1〜ＳＲ3に対応するリセット巻線ＬＲ1〜ＬＲ3や各トランスＴＣ1、ＴＣ2に対応するリセット巻線ＴＣ1R、ＴＣ2Rが直列に接続されたリセット電流回路が設けられている。リセット巻線やリセット電流回路については、例えば下記特許文献２、３で開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５０２７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８３０１７号公報
【特許文献３】特開２００４−７１６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
エネルギー回生動作によって主コンデンサＣ0が充電された後もリセット電流回路には電流が流れているため、転送コンデンサＣ1、Ｃ2及びピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpは変化する。エネルギー回生動作完了のタイミングで１段目の転送コンデンサＣ1の電圧Ｖc1と２段目の転送コンデンサＣ2の電圧Ｖc2とピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpは略０である。電圧Ｖcpと電圧Ｖc2は、時間経過と共に負側で下降し、磁気スイッチＳＲ3のコアがリセットされるタイミングで一致し負側で上昇する。一方、電圧Ｖc1は時間経過と共に正側で上昇した後に下降する。
【００２１】
そして、磁気スイッチＳＲ2のコアがリセットされるタイミングで電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpは一致して共に上昇し、昇圧用トランスＴＣ1のコアがリセットされるタイミングで電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpは下降し、最終的には０に収束する。従来のようにレーザパルスの繰返し周波数が約４ＫＨｚ以下であれば、パルス間隔が約２５０μｓ以上あり、主放電が発生してから次の磁気パルス圧縮動作までの間に電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpは０に収束する。
【００２２】
しかしながら、レーザパルスの繰返し周波数が約６ＫＨｚ以上であると、パルス間隔が約１６６μｓ以下であり、電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpが０に収束する前に次の磁気パルス圧縮動作が開始される。これは正側での電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpのピーク値が高く、０に収束するまでに時間を要するためである。ピーキングコンデンサＣpに電圧が生じているときに磁気パルス圧縮動作によって充電が開始されると、主放電に悪影響が及ぶことになる。
【００２３】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、磁気パルス圧縮動作前にリセット電流に起因してピーキングコンデンサＣpに充電される電圧Ｖcpのピーク値を極力小さくすることによって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても良好な放電を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、第１発明は、
高電圧電源（ＨＶ）に並列に接続される主コンデンサ（Ｃ0）と、
昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）を有し当該昇圧用１次巻線（ＴＣ11）が前記主コンデンサ（Ｃ0）に磁気アシスト（ＳＲ1）及び固体スイッチ（ＳＷ）を介して並列に接続される昇圧用トランス（ＴＣ1）と、
回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）を有し当該回生用１次巻線（ＴＣ21）が前記主コンデンサ（Ｃ0）にダイオード（Ｄ1）を介して並列に接続される回生用トランス（ＴＣ2）と、
複数の転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）及び磁気スイッチ（ＳＲ2、ＳＲ3）を有し１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）が前記昇圧用２次巻線（ＴＣ12）に並列に且つ前記回生用２次巻線（ＴＣ22）にダイオード（Ｄ2）を介して並列に接続されておりまたｎ（ｎ＝２〜ｋ（ｋは２以上））段目の転送コンデンサ（Ｃ2）がｎ−１段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）を介してｎ−１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）に並列に接続されている磁気パルス圧縮回路と、
前記磁気パルス圧縮回路のｋ段目の磁気スイッチ（ＳＲ3）を介してｋ段目の転送コンデンサ（Ｃ2）に並列に接続されるピーキングコンデンサ（Ｃp）と、
前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に並列に接続される一対の主放電電極（Ｅ、Ｅ）と、
前記磁気アシスト（ＳＲ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気アシスト用リセット巻線（ＬＲ1）と、
前記ｎ段目の磁気スイッチ（ＳＲ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする磁気スイッチ用リセット巻線（ＬＲ2）と、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）と、
前記回生用トランス（ＴＣ2）のコアに巻回され通電に応じて当該コアの動作点をリセットする回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）と、
を備え、
前記高電圧電源（ＨＶ）によって前記主コンデンサ（Ｃ0）に蓄積された電荷が、前記昇圧用トランス（ＴＣ1）を介して後段の各転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）に電流パルス幅が圧縮されつつ順次転送され、さらに前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）に転送されて前記主放電電極（Ｅ、Ｅ）間で主放電が発生し、主放電後に電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前段の各転送コンデンサ（Ｃ2、Ｃ1）に順次転送され、さらに前記回生用トランス（ＴＣ2）及び前記ダイオード（Ｄ1）を介して前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送されて前記主コンデンサ（Ｃ0）で回生されるガスレーザ装置の電源回路において、
主放電後の所定の時間で、前記各リセット巻線（ＬＲ1、ＬＲ2、ＴＣ1R、ＴＣ2R）に流れる電流に起因して発生するピーキングコンデンサ（Ｃp）の電圧が、主放電後の所定の時間に対応して設定された上限値以下に抑制されていること
を特徴とする。
【００２５】
また、第２発明は、第１発明において、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）の昇圧用１次巻線（ＴＣ11）及び昇圧用２次巻線（ＴＣ12）の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、前記回生用トランス（ＴＣ2）の回生用１次巻線（ＴＣ21）及び回生用２次巻線（ＴＣ22）の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、前記主コンデンサ（Ｃ0）及び前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が予め調整されており、電荷が前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）から前記主コンデンサ（Ｃ0）に転送された後に、前記１段目の転送コンデンサ（Ｃ1）の電圧Ｖc1が負から上昇するようにされていること
を特徴とする。
【００２６】
また、第３発明は、第１発明において、
前記昇圧用トランス（ＴＣ1）の昇圧用２次巻線（ＴＣ12）の巻数ｎTC12及び前記昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）の巻数ｎTC1Rと、前記回生用トランス（ＴＣ2）の回生用２次巻線（ＴＣ22）の巻数ｎTC22及び前記回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）の巻数ｎTC2Rと、前記各転送コンデンサ（Ｃ1、Ｃ2）及び前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）の容量Ｃc1、…Ｃck、Ｃcpと、が予め調整されており、前記ピーキングコンデンサ（Ｃp）の電圧上昇速度が所定速度以下になるようにされていること
を特徴とする。
【００２７】
また、第４発明は、第２発明において、
（ｎTC12／ｎTC11） ＞ √（Ｃc0／Ｃc1）
（ｎTC22／ｎTC21） ＜ √（Ｃc0／Ｃc1）
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする。
【００２８】
また、第５発明は、第３発明において、
前記昇圧用トランスリセット巻線（ＴＣ1R）に流れるリセット電流をＩTC1Rとし、前記回生用トランスリセット巻線（ＴＣ2R）に流れるリセット電流をＩTC2Rとした場合に、
｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝
／（Ｃc1＋…＋Ｃck＋Ｃcp） ＜ Ｋ
（但し、｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−TC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝＞０であり、Ｋは定数）
なる関係式が成り立つこと
を特徴とする。
【００２９】
第１発明を図２〜図４を用いて説明する。
【００３０】
第１発明では各素子が図４に示すように接続される。高電圧電源ＨＶによって主コンデンサＣ0に蓄積された電荷は、昇圧用トランスＴＣ1、転送コンデンサＣ1、Ｃ2を介してピーキングコンデンサＣpに順次転送される。ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpがブレークダウン電圧に達すると、主放電電極Ｅ、Ｅ間で主放電が発生する。主放電で消費されなかった電荷は、ピーキングコンデンサＣpから転送コンデンサＣ2、Ｃ1、回生用トランスＴＣ2を介して主コンデンサＣ0に転送され、次の放電エネルギーの一部として回生される。各リセット巻線ＬＲ1〜ＬＲ3、ＴＣ1R、ＴＣ2Rにはリセット電流が流れており、回生動作完了後はこのリセット電流に起因して、転送コンデンサＣ1、Ｃ2及びピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpが共に負側から正側に上昇する。
【００３１】
第１発明では図３に示すように、主放電後の所定の時間Ｔn（例えば、Ｔn＝１〜２０μｓ、２０〜３０μｓ、３０μｓ〜）で、電圧上限値ＶLn（例えば、Ｔn＝１〜２０μｓで０ｖ以下、Ｔn＝２０〜３０μｓで３００ｖ以下、Ｔn＝３０μｓ〜で５００ｖ以下）が設定され、ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpが主放電後の各時間Ｔnで設定された電圧上限値ＶLn以下になるようにされている。具体的には次の２つの手段がとられている。
【００３２】
第１の手段としては、図２に示すように、回生動作完了後に１段目の転送コンデンサＣ1の電圧Ｖc1が負から上昇するように、昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11及び２次巻線ＴＣ12の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、回生用トランスＴＣ2の１次巻線ＴＣ21及び２次巻線ＴＣ22の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、主コンデンサＣ0及び１段目の転送コンデンサＣ1の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が予め調整されている（第２発明）。
【００３３】
より具体的には、
（ｎTC12／ｎTC11） ＞ √（Ｃc0／Ｃc1）
（ｎTC22／ｎTC21） ＜ √（Ｃc0／Ｃc1）
なる関係式が成り立つように、昇圧用トランスＴＣ1の巻数比ｎTC12／ｎTC11と回生用トランスＴＣ2の巻線比ｎTC22／ｎTC21と、主コンデンサＣ0及び１段目の転送コンデンサＣ1の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が調整されている（第４発明）。
【００３４】
第２の手段としては、電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpの電圧上昇速度が所定速度以下になるように、昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数ｎTC12及びリセット巻線ＴＣ1Rの巻数ｎTC1Rと、回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数ｎTC22及びリセット巻線ＴＣ2Rの巻数ｎTC2Rと、各転送コンデンサＣ1、Ｃ2及びピーキングコンデンサＣpの容量Ｃc1、…Ｃck、Ｃcpと、が予め調整されている（第３発明）。
【００３５】
より具体的には、昇圧用トランスＴＣ1のリセット巻線ＴＣ1Rに流れるリセット電流をＩTC1Rとし、回生用トランスＴＣ2のリセット巻線ＴＣ2Rに流れるリセット電流をＩTC2Rとした場合に、
｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝
／（Ｃc1＋…＋Ｃck＋Ｃcp） ＜ Ｋ
（但し、｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝＞０であり、Ｋは定数）
なる関係式が成り立つように、昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数ｎTC12及びリセット巻線ＴＣ1Rの巻数ｎTC1Rと、回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数ｎTC22及びリセット巻線ＴＣ2Rの巻数ｎTC2Rと、各転送コンデンサＣ1、…Ｃk及びピーキングコンデンサＣpの容量Ｃc1、…Ｃck、Ｃcpと、が予め調整されている（第５発明）。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、昇圧用トランスの巻線数や回生用トランスの巻線数等の各素子の調整によって、主放電後のピーキングコンデンサＣpの電圧上昇が抑制され、電圧Ｖcpのピーク値が小さくなるため、電圧Ｖcpが０に収束し易くなる。したがって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても磁気パルス圧縮動作時にピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpを０にすることができ、良好な放電を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
本実施形態における電源回路の構成は図４に示す従来の電源回路の構成と同一であるため、前述した図４の説明をもって本実施形態の回路構成の説明とする。
【００３８】
本実施形態の最大の特徴は、主放電後のピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpが上限値ＶLn以下になるように、昇圧用トランスＴＣ1における１次巻線ＴＣ11、２次巻線ＴＣ12、リセット巻線ＴＣ1Rの各巻数と、回生用トランスＴＣ2における１次巻線ＴＣ21、２次巻線ＴＣ22、リセット巻線ＴＣ2Rの各巻数と、各コンデンサＣ1、Ｃ2、Ｃpの容量と、が予め調整されている点にある。
【００３９】
本実施形態ではピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpを上限値ＶLn以下に抑制するために２つの手段がとられている。第１の手段は回生動作完了後の１段目の転送コンデンサＣ1の電圧Ｖc1を負にする方法であり、第２の手段は回生動作完了後のピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpの上昇速度を抑制する方法である。
【００４０】
ここで、本明細書で使用する文字を定義しておく。  
Ｃc0：主コンデンサＣ0の容量
Ｃc1：１段目の転送コンデンサＣ1の容量
Ｃc2：２段目の転送コンデンサＣ2の容量
Ｃcn：ｎ段目の転送コンデンサＣnの容量
ｎTC11：昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11の巻数
ｎTC12：昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数
ｎTC21：回生用トランスＴＣ2の１次巻線ＴＣ21の巻数
ｎTC22：回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数
ＩTC1R：昇圧用トランスＴＣ1のリセット巻線ＴＣ1Rに流れる電流
ＩTC2R：回生用トランスＴＣ2のリセット巻線ＴＣ2Rに流れる電流
ＩTC12：磁気リセット時に昇圧用２次巻線ＴＣ12に流れる電流
ＩTC22：磁気リセット時に回生用２次巻線ＴＣ22に流れる電流
以下で、第１、第２の手段について説明する。
【００４１】
先ず、第１の手段では、昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11及び２次巻線ＴＣ12の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、回生用トランスＴＣ2の１次巻線ＴＣ21及び２次巻線ＴＣ22の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、主コンデンサＣ0及び１段目の転送コンデンサＣ1の容量比Ｃc0／Ｃc1と、が予め調整される。
【００４２】
ここで、一般にトランスを介して１次側のコンデンサと２次側のコンデンサとの間で電荷を転送する場合に、トランスの１次巻線及び２次巻線の巻線比（ｎ1／ｎ2）と１次側のコンデンサ及び２次側のコンデンサの容量比（Ｃ1／Ｃ2）との間に成り立つ関係について考える。（ｎ2／ｎ1）と（Ｃ1／Ｃ2）との間に成り立つ関係には次の３つが考えられる。
【００４３】
第１の関係は、
（ｎ2／ｎ1） ＝ √（Ｃ1／Ｃ2）
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、１次側のコンデンサから２次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に１次側のコンデンサの電圧は０になる。逆に、２次側のコンデンサから１次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に２次側のコンデンサの電圧は０になる。通常の回路はこの関係が成り立つように巻線比ｎ1／ｎ2と容量比Ｃ1／Ｃ2とが調整される。
【００４４】
第２の関係は、
（ｎ2／ｎ1） ＞ √（Ｃ1／Ｃ2）
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、１次側のコンデンサから２次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に１次側のコンデンサの電圧は負になる。逆に、２次側のコンデンサから１次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に２次側のコンデンサの電圧は正になる。
【００４５】
第３の関係は、
（ｎ2／ｎ1） ＜ √（Ｃ1／Ｃ2）
なる式で表される。この式が成り立つ場合に、１次側のコンデンサから２次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に１次側のコンデンサの電圧は正になる。逆に、２次側のコンデンサから１次側のコンデンサに電荷が転送されると、電荷転送後に２次側のコンデンサの電圧は負になる。
【００４６】
本実施形態は、回生動作完了後すなわち回生用トランスＴＣ2を介して１段目の転送コンデンサＣ1から主コンデンサＣ0に電荷を転送した後に、１段目の転送コンデンサＣ1の電圧を負にすることを目的の一つとしている。前述した３つの関係を考慮すると、回生用トランスＴＣ2の１次巻線ＴＣ21及び２次巻線ＴＣ22の巻数比ｎTC22／ｎTC21と、主コンデンサＣ0及び１段目の転送コンデンサＣ1の容量比Ｃc0／Ｃc1との間には、
（ｎTC22／ｎTC21） ＜ √（Ｃc0／Ｃc1）  …  （１）
なる関係が成り立てばよいことが解る。
【００４７】
また、図４に示す電源回路では回生用トランスＴＣ2と並列に昇圧用トランスＴＣ1が接続されていることから、上記（１）式を成り立たせるためには、昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11及び２次巻線ＴＣ12の巻数比ｎTC12／ｎTC11と、主コンデンサＣ0及び１段目の転送コンデンサＣ1の容量比Ｃc0／Ｃc1との間に、
（ｎTC12／ｎTC11） ＞ √（Ｃc0／Ｃc1）  …  （２）
なる関係が成り立つ必要がある。
【００４８】
したがって、回路構成時に昇圧用トランスＴＣ1の１次巻線ＴＣ11の巻数ｎTC11と、昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数ｎTC12と、回生用トランスＴＣ2の１次巻線ＴＣ21の巻数ｎTC21と、回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数ｎTC22と、１段目の転送コンデンサＣ1の容量Ｃc1と、主コンデンサＣ0の容量Ｃc0と、が上記（１）、（２）式を満たすように調整される。こうすることによって回生動作完了後の１段目の転送コンデンサＣ1の電圧を負にすることが可能になる。
【００４９】
次に、第２の手段では、昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数ｎTC12及びリセット巻線ＴＣ1Rの巻数ｎTC1Rと、回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数ｎTC22及びリセット巻線ＴＣ2Rの巻数ｎTC2Rと、各転送コンデンサＣ1、Ｃ2及びピーキングコンデンサＣpの容量Ｃc1、…Ｃck、Ｃcpと、が予め調整される。
【００５０】
各トランスＴＣ1、ＴＣ2は各磁気スイッチＳＲ1〜ＳＲ3と共にリセット電流によってリセットされる。このとき各トランスＴＣ1、ＴＣ2のリセット巻線ＴＣ1R、ＴＣ2Rにはリセット電流ＩTC1R、ＩTC2Rが流れ、それに伴い各トランスＴＣ1、ＴＣ2の２次巻線ＴＣ12、ＴＣ22に電流ＩTC12、ＩTC22が流れる。このような場合は一般に、
ＩTC12 ＝ ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）
ＩTC22 ＝ ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）
なる関係が成り立つ。なお、昇圧用トランスＴＣ1のリセット巻線ＴＣ1Rに流れるリセット電流ＩTC1R及び２次巻線ＴＣ12に流れる電流ＩTC12は、１段目の転送コンデンサＣ1を正に充電する方向に流れる。また、回生用トランスＴＣ2のリセット巻線ＴＣ2Rに流れるリセット電流ＩTC2R及び２次巻線ＴＣ22に流れる電流ＩTC22は、１段目の転送コンデンサＣ1を負に充電する方向に流れる。
【００５１】
昇圧用トランスＴＣ1を磁気リセットするためには、１段目の転送コンデンサＣ1を正に充電する必要がある。すなわち、
ＩTC12 −ＩTC22 
＝ ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）− ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R） ＞ ０
なる関係が成り立つ必要がある。
【００５２】
また、主放電後に行われる磁気スイッチＳＲ2、ＳＲ3のリセットは、昇圧用トランスＴＣ1のリセットよりも早く完了し、ピーキングコンデンサＣpの電圧上昇速度をＫ（ｖ／μｓ）以下に抑制する必要がある。そのためには、
（ＩTC12 −ＩTC22 ）／（Ｃc1＋Ｃc2＋Ｃcp）
＝｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝
／（Ｃc1＋Ｃc2＋Ｃcp） ＜ Ｋ  …  （３）
なる関係が成り立つようにする。なお、Ｋは定数であって、実験によって所望の値を求めればよい。
【００５３】
したがって、回路構成時に昇圧用トランスＴＣ1の２次巻線ＴＣ12の巻数ｎTC12と、昇圧用トランスＴＣ1のリセット巻線ＴＣ1Rの巻線ｎTC1Rと、回生用トランスＴＣ2の２次巻線ＴＣ22の巻数ｎTC22と、回生用トランスＴＣ2のリセット巻線ＴＣ2Rの巻線ｎTC2Rと、１段目の転送コンデンサＣ1の容量Ｃc1と、２段目の転送コンデンサＣ2の容量Ｃc2と、ピーキングコンデンサＣpの容量Ｃcpと、が上記（３）式を満たすように調整される。こうすることによって回生動作完了後のピーキングコンデンサＣpの電圧上昇速度をＫ未満に抑制することが可能になる。
【００５４】
なお、本実施形態の電源回路は２段の磁気パルス圧縮回路を備えているが、電源回路がｎ（ｎ＝２〜ｋ（ｋは２以上））段の磁気パルス圧縮回路を備える場合は、
｛ＩTC1R×（ｎTC12／ｎTC1R）−ＩTC2R×（ｎTC22／ｎTC2R）｝
／（Ｃc1＋…＋Ｃck＋Ｃcp） ＜ Ｋ  …  （３）′
なる関係が成り立つようにすればよい。
【００５５】
次に、本実施形態によって得られる電圧特性について説明する。  
図１は磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示している。  
図１に示すように、本実施形態によって磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際に生ずる電圧特性は、図５に示す従来の電圧特性と大きくは同じである。したがって、本実施形態による磁気パルス圧縮動作やエネルギー回生動作の基本的な流れは、従来と同じである。異なるのは、主コンデンサＣ0の電荷が１段目の転送コンデンサＣ1に転送された後に主コンデンサＣ0の電圧Ｖc0が負になるという点（図１中のａ）と、１段目の転送コンデンサＣ1の電荷が主コンデンサＣ0に転送された後に１段目の転送コンデンサＣ1の電圧Ｖc1が負になるという点（図１中のｂ）である。
【００５６】
図１中のａで示すように電荷転送後に主コンデンサＣ0が負になるのは、上記（２）式を満たすように各素子を調整したためである。また、図１中のｂで示すように電荷転送後に１段目の転送コンデンサＣ1が負になるのは、上記（１）式を満たすように各素子を調整したためである。
【００５７】
図２はエネルギー回生動作完了後のコンデンサＣ1、Ｃ2、Ｃpの電圧特性を示している。  
図２に示すように、エネルギー回生動作完了のタイミング（図２中のａ）で２段目の転送コンデンサＣ2の電圧Ｖc2とピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpは略０であり、１段目の転送コンデンサＣ1の電圧Ｖc1は負である。電圧Ｖcpと電圧Ｖc2は、時間経過と共に負側で下降し、磁気スイッチＳＲ3のコアがリセットされるタイミング（図２中のｂ）で一致し負側で上昇する。一方、電圧Ｖc1は時間経過と共に負側で上昇し、正側に転じた後に再び下降する。
【００５８】
そして、磁気スイッチＳＲ2のコアがリセットされるタイミング（図２中のｃ）で電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpは一致して共に上昇し、昇圧用トランスＴＣ1のコアがリセットされるタイミング（図２中のｄ）で電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpはピーク値から下降する。上記（３）式を満たすように各素子を設定することによって、磁気スイッチＳＲ2のコアがリセットされた後の電圧Ｖc1、Ｖc2、Ｖcpの上昇速度を調整することが可能となる。
【００５９】
ここで本発明者らが実施した試験について説明する。  
本発明者らは、高繰り返し周波数（６ＫＨｚ）に好適なピーキングコンデンサＣpの電圧上限値ＶLnをつぎのように設定した。
【００６０】
・主放電後  １μｓ〜２０μｓの期間で上限値ＶL1０Ｖ
・主放電後２０μｓ〜３０μｓの期間で上限値ＶL2３００Ｖ
・主放電後３０μｓ〜        の期間で上限値ＶL3５００Ｖ
そして上記条件を満たすように、前述した第１、第２の手段に基づいて各巻線の巻数やコンデンサの容量を調整した。この際、上記（３）式の定数Ｋを、
Ｋ ＝ ５００［Ｖ］／４０［μｓ］ ＝ １２．５［Ｖ／μｓ］
に設定した。その結果、図３に示す電圧特性を得た。
【００６１】
図３は主放電前後に計測されたピーキングコンデンサＣpの電圧特性を示している。主放電発生直後（１μｓ未満）はピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpがごく短時間で正負間を振動する。このため、図３では主放電発生直後の電圧特性がほぼ垂直な直線で示されている。
【００６２】
図３で示すように、ピーキングコンデンサＣpの電圧Ｖcpは、設定した条件の通り、主放電後１μｓ〜２０μｓの期間で上限値ＶL1（＝０Ｖ）以下となり、主放電後２０μｓ〜３０μｓの期間で上限値ＶL2（＝３００Ｖ）以下となり、主放電後３０μｓ〜の期間で上限値ＶL3（＝５００Ｖ）以下となっている。つまり主放電後のピーキングコンデンサＣpの電圧上昇は抑制され、電圧Ｖcpのピーク値が抑制されているため、結果として早期に電圧Ｖcpが０に収束する。したがって、高繰り返し周波数のレーザ装置であっても、良好な放電を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は本実施形態において得られる磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示す図である。
【図２】図２はエネルギー回生動作完了後のコンデンサＣ1、Ｃ2、Ｃpの電圧特性を示す図である。
【図３】図３は主放電前後に計測されたピーキングコンデンサＣpの電圧特性を示す図である。
【図４】図４はガスレーザ装置の電源回路を示す図である。
【図５】図５は従来装置において得られる磁気パルス圧縮動作及びエネルギー回生動作の際の各コンデンサの電圧特性を示す図である。
【図６】図６は磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルの一般的な構成を示す図である。
【図７】図７は磁気スイッチを構成する可飽和リアクトルのコアの磁化曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｃ0…主コンデンサ  Ｃ1、Ｃ2…転送コンデンサ  Ｃp…ピーキングコンデンサ
ＳＲ1、ＳＲ2、ＳＲ3…磁気スイッチ
ＴＣ1…昇圧用トランス  ＴＣ11…１次巻線  ＴＣ12…２次巻線
ＴＣ1R…リセット巻線
ＴＲ2…回生用トランス  ＴＣ21…１次巻線  ＴＣ22…２次巻線
ＴＣ2R…リセット巻線
ＬＲ1、ＬＲ2、ＬＲ3…リセット巻線
ＨＶ…高電圧電源  Ｄ1、Ｄ2…ダイオード  Ｅ…主放電電極
【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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