(57)【要約】【課題】安価で出力が小さいレーザ光であっても、プラズマより得られる光量を増やすことができる、発光効率の高い光源装置を提供すること【解決手段】内部に発光物質が封入された発光管と、発光管内にプラズマを発生させる予備プラズマ発生手段と、発光管内に連続波レーザ光を照射する連続波レーザ発振部とを備え、発光管内に発生したプラズマに連続波レーザ光が照射され、プラズマより放射される光を利用する光源装置において、レーザ光は、発光物質に固有の誘導吸収波長を含むこと【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発光物質が封入された発光管と、
発光管内にプラズマを発生させる予備プラズマ発生手段と、
発光管内に連続波レーザ光を照射する連続波レーザ発振部を備え、
発光管内に発生したプラズマに連続波レーザ光が照射され、プラズマより放射される光を利用する光源装置において、
レーザ光は、発光物質に固有の誘導吸収波長を含むことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記レーザ光は、発振波長の発光強度の１／ｅ２以上の発光強度を有する範囲の波長が、前記発光物質に固有の誘導吸収波長を含むことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記連続波レーザ発振部は、レーザダイオードを備え、レーザダイオードの温度調節機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記発光物質は希ガスであること特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項５】
前記希ガスはＸｅ（キセノン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）のいずれかを含むこと特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記発光物質は、第一の発光物質と第二の発光物質から構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光源装置。
【請求項７】
前記第一の発光物質は希ガスであり、前記第二の発光物質は金属であることを特徴とする請求項６に記載の光源装置
【請求項８】
前記金属はＨｇ（水銀）であることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
【請求項９】
請求項５に記載の光源装置を備え、前記発光物質はＸｅ（キセノン）であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
請求項８に記載の光源装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の光源装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】
前記予備プラズマ発生手段は、発光管内に配置された２以上の電極と、
電極間に電圧を印加する電源であることを特徴とする請求項１ないし８記載の光源装置。
【請求項１３】
前記予備プラズマ発生手段は、発光管内にパルスレーザを照射するパルスレーザ発振部であることを特徴とする請求項１ないし８に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置から放射されるレーザビームによって点灯される、露光装置等に適用するに好適な光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置からのレーザビームを、発光ガスを封入した発光管に照射して、ガスを励起させて発光させるようにした光源装置が知られている（特許文献１）。
図１４に、特許文献１に開示された光源装置について示す。
光源装置８は、発光元素を封入した発光管８２と、該発光管８２に向かって連続波レーザビームを放射する連続波レーザ発振部８３と、予備プラズマ発生手段として、発光管に対向配置された一対の電極８１、８１とを備える光源装置である。
この光源装置８では、電極８１、８１間に電圧を印加しアーク放電を形成して発光管内に高温プラズマ状態を作る。
そして、このプラズマにレーザビームを照射することで、プラズマ温度を上昇させ、発光強度を増強することができる。
また、電極間に電圧を印加することにより、発光管８２内の高温プラズマ状態を維持することができ、高温プラズマ状態が断ち切らずに放電状態を安定させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０５５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この種の光源装置では、プラズマより得られる放射光を増やすために必要なレーザのエネルギーが大きく、そのような出力の大きいレーザ源は、装置が大型化、高価になるという問題があった。
そこで、本発明は、安価で出力が小さいレーザ光であっても、プラズマより得られる光量を増やすことができる、発光効率の高い光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、内部に発光物質が封入された発光管と、発光管内にプラズマを発生させる予備プラズマ発生手段と、発光管内に連続波レーザ光を照射する連続波レーザ発振部を備え、発光管内に発生したプラズマに連続波レーザ光が照射され、プラズマより放射される光を利用する光源装置において、レーザ光は、発光物質に固有の誘導吸収波長を含むことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記レーザ光は、発振波長の発光強度の１／ｅ２以上の発光強度を有する範囲の波長が、前記発光物質に固有の誘導吸収波長を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記レーザ照射手段は、レーザダイオードを備え、レーザダイオードの温度調節機構を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、前記発光物質は希ガスであること特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記希ガスはＸｅ（キセノン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）のいずれかを含むこと特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、前記発光物質は、第一の発光物質と第二の発光物質から構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第一の発光物質は希ガスであり、前記第二の発光物質は金属であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記金属はＨｇ（水銀）であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の光源装置を備え、前記発光物質はＸｅ（キセノン）であるプロジェクタであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の光源装置を備える露光装置であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項８に記載の光源装置を備えるプロジェクタであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１ないし８記載の発明において、前記予備プラズマ発生手段は、発光管内に配置された２以上の電極と、電極間に電圧を印加する電源とからなることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１ないし８記載の発明において、前記予備プラズマ発生手段は、発光管内にパルスレーザを照射するパルスレーザ発振部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、発光管内に形成されたプラズマに、そのプラズマを形成する発光物質の固有の誘導吸収波長を含む発振波長のレーザ光が照射され、プラズマからの発光が増加されるので、レーザ光の出力を変えずに発光を増やすことができる。
さらに、レーザ光の発振波長と異なる波長のプラズマ発光も増加することができるので、発光効率を高めることができる。
【００１９】
また、請求項２記載の発明によれば、レーザ光は発振波長の発光強度の１／ｅ２以上の発光強度を有する範囲の波長とすることにより、より強い誘導吸収が生じて、より発光が増加する。
【００２０】
また、請求項３記載の発明によれば、レーザダイオードを備え、レーザダイオードの温度調節機構を備えることにより、発振波長と誘導吸収波長の不一致をある程度解消して、好適な波長のレーザビームを発光管に照射することができる。
【００２１】
また、請求項４記載の発明によれば、発光物質は希ガスであることにより、化学的に不活性で、発光管材料と反応して着色することがなく、封入する材料により様々な波長の光を発光させることができる。
【００２２】
また、請求項５記載の発明によれば、発光物質はキセノン、アルゴン、クリプトンのいずれかを含むことにより、プラズマ発光を増加する効果が良好となり、かつ、これらの発光物質に対応するレーザ発振波長の選択が容易である。
【００２３】
また、請求項６記載の発明によれば、発光物質を第一の発光物質と、それとは異なる第二の発光物質とから構成することにより、複数の発光を利用することができ、また、いずれか一方の発光物質に固有の誘導吸収波長を含むレーザ光が照射されることにより、他方の発光物質の発光も増加させることができる。
【００２４】
また、請求項７記載の発明によれば、第一の発光物質を希ガス、第二の発光物質を金属とすることにより、金属封入物により特徴ある放射が得られる既存のランプと同様の用途に用いることができる。
【００２５】
また、請求項８記載の発明によれば、金属を水銀とすることにより、紫外線や可視光を利用することができる。
【００２６】
また、請求項９または１１記載の発明によれば、本発明の光源装置を用いて発光効率に優れたプロジェクタを実現することができる。
【００２７】
また、請求項１０記載の発明によれば、本発明の光源装置を用いて発光効率に優れた露光装置を実現することができる。
【００２８】
また、請求項１２記載の発明によれば、予備プラズマ発生手段を発光管内に配置された２以上の電極と、電極間に電圧を印加する電源とすることができるので、ランプ型の発光管を利用することができる。
【００２９】
また、請求項１３記載の発明によれば、予備プラズマ発生手段を発光管内にパルスレーザを照射するパルスレーザ発振部とすることができるので、レーザ発振装置のみで光源装置を構成することができる
また、発光管内に電極を設置する必要が無いので、プラズマの高温により電極材料が蒸発して発光管の管壁に付着することがない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る光源装置の全体構成図を示す。
【図２】本発明に係る予備プラズマ発生手段の他の例としてパルスレーザ発振部を用いた光源装置の全体構成図を示す。
【図３】本発明に係る実験１についての結果を示す図である。
【図４】本発明に係る光源装置の発光管に照射するレーザの発振波長として好適な、発光物質に固有の誘導吸収波長についての表を示す。
【図５】レーザ光の吸収率についての実験２の測定結果を示す図である。
【図６】本発明に係るレーザ光の発振波長と誘導吸収波長との関係を表す模式図を示す。
【図７】本発明に係る実験３についての結果を示す図である。
【図８】本発明に係る実験４についての結果を示す図である。
【図９】本発明に係る実験５についての結果を示す図である。
【図１０】本発明に係る実験６についての結果を示す図である。
【図１１】本発明に係る実験７についての結果を示す図である。
【図１２】本発明に係る実験８についての結果を示す図である。
【図１３】本発明に係る光源装置を用いた露光装置の全体構成図である
【図１４】従来例に係る光源装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明に係る光源装置の全体構成図を示す。
光源装置１は、レーザ光が入射される発光管２、発光管２内にプラズマを発生させる予備プラズマ発生手段１０、連続波レーザ光を発振する連続波レーザ発振部３、レーザ発振部に給電する給電装置５、給電装置５を制御する制御部４を備えている。
【００３２】
発光管２は、内部に発光物質が封入された透光性材料からなる密閉容器である。
発光管２に対して、連続波レーザ発振部３からのレーザ光を入射して、内部に封入された発光物質からの（出射光）励起光を、発光管２外に出射させるものである。そのため入射光が波長９８０ｎｍ、出射光が波長３６５ｎｍのように互いが異なる波長である場合でも、両方を良好に透過する部材、例えば、石英ガラスで構成される。
【００３３】
発光管２の内部には、その用途により利用したい波長の光に応じて、様々な発光物質が適宜選択され封入される。これについては後述する。
【００３４】
光学部材７は、レーザ光の集光のために、連続波レーザ発振部３と発光管２との間のレーザ光の光路上に配置される。
この光学部材７は、例えば集光レンズや回折光学格子などの集光機能を有するもので、発光管の内部で焦点を結ぶように構成される。図１にはビームを透過するものを図示したが、集光機能があればよく集光ミラーや回折格子等であっても構わない。
【００３５】
予備プラズマ発生手段１０は、発光管内に配置された放電用内電極に電圧を印加しアーク放電を形成するものと、パルスレーザ発振部によるパルスレーザを照射するものとがあり、本発明においては、いずれも予備プラズマ発生手段１０として用いることができる。
図１に示された予備プラズマ発生手段１０は、発光管２内に配置された放電電極１１間に電圧を印加し、アーク放電させることにより、発光管内にプラズマを連続的に発生させることができる。
【００３６】
図２には、本発明の他の例として、予備プラズマ発生手段１０をパルスレーザ発振部１２、光学部材１３、制御部１４を用いて構成した光源装置１の全体構成を示す。
なお、この図においては、予備プラズマ発生手段１０としてパルスレーザ発振部１２等を用いたこと以外は図１と同様であるので、その他の構成の説明を省略する。
この図に示すように、発光管２外から発光管２内部へパルスレーザを集光して照射することで、発光管内に断続的にするプラズマを発生させることができる。そして、連続波レーザを予め発光管内に照射させておくか、パルスレーザの照射のタイミングに合わせて連続波レーザを照射することにより、プラズマが連続的に形成される。
【００３７】
再び図１に戻り、連続波レーザ発振部について説明する。
連続波レーザ発振部３は、レーザ源として例えば、レーザダイオード（ＬＤ）を用いた装置であり、レーザ光を連続的に発振する。
連続波レーザ発振部３は、この連続波レーザ発振部３に給電する給電装置５と、レーザダイオードの温度を調節する温度調節機構６と、これらの制御をする制御部４を備えている。
制御部４は、レーザダイオードの温度及び電流値を変化させてこれらを制御することができる。
レーザダイオードの温度調節機構６は、水冷冷却板上に配置された、例えばペルチェ素子など加熱冷却素子によるものである。制御部４は、給電装置５から温度調節機構６に流す電流等を調節することにより、レーザダイオードの温度を調節する。
レーザダイオードは、温度によって発振波長がシフトするという温度特性を有するため、レーザダイオードの温度を調節することにより、発振波長を調節することができる。
一般的にレーザダイオードには０．３０〜０．２５ｎｍ／℃の波長−温度特性がある。そのため、発振波長を１ｎｍシフトさせるには、レーザダイオードの温度を４℃程度変化させればよい。
これにより、既存の入手しやすいレーザダイオードを用いて、ある程度の範囲で所望の発振波長を有するレーザ光源を得ることができる。
なお、温度調節によらずとも、ボリュームブラッググレーティング（ＶＢＧ）、ボリュームホログラフィックグレーティング（ＶＨＧ）等の波長安定化素子などにより、元のレーザ光の波長を変換して所望の波長とし利用することもできる。
【００３８】
上記の図１の光源装置を用いて以下の実験を行った。
＜実験１＞
実験は、発光物質を封入した発光管内に予備プラズマを発生させ、そのプラズマに対してレーザ発振部よりレーザ光を照射して、発光強度分布を測定するというものである。
発光管内には、ＸｅとＡｒとを１：９の比率で封入した。連続波レーザは、発振波長８１０ｎｍ、出力５０Ｗのものを用いた。
次に、発光管内の電極間に電圧を印加し、アーク放電によるプラズマを形成した。印加する電圧は５０Ｗとした（以下、電極間に印加する電圧は全て５０Ｗである）。
そして、温度調節機構によりレーザダイオードの温度を調節し、レーザの発振波長を８０６．１ｎｍとした。波長を調節したレーザ光をプラズマに入射して、発光空間内のガスの発光強度分布を測定した。
【００３９】
図３（ａ）は、発振波長８０６．１ｎｍのときの発光管内のガスの発光強度分布を示す図である。発光強度は数値の大きさを濃淡によって示しており、濃くなるほど発光強度が高い。
この図において、紙面の左端側、右端側にそれぞれ先端が中心を向いた一対の電極が対向配置されている。これらの電極間にアーク放電が形成されており、そのプラズマによる発光が中央部に観測される。
発振波長８０６．１ｎｍのレーザ光は、左端側の電極のやや右下位置を、手前から奥に向かって入射されているが、これによる発光は生じていないことがわかる。
したがって、観測されるのはアーク放電のみにより形成されたプラズマの発光であり、レーザを照射したことによる発光は観測されなかった。
【００４０】
次に、レーザ光の出力（５０Ｗ）一定のまま温度調節のみを行い、発振波長を８１０．８ｎｍまで変化させ、発光空間内のガスの発光強度分布を測定した。
図３（ｂ）は、波長８１０．０ｎｍ（一致）のときの発光管内のガスの発光強度分布を示す図である。
上記と同様に、左端の電極からやや右下位置にレーザを照射した。すると、電極間に形成されたアーク放電によるプラズマとは別の発光が観測された。この２つの例は、同じレーザ出力、レーザ照射位置であるが、発振波長を変化させたことで、図３（ａ）では発光しなかったのに対し、図３（ｂ）では発光が生じた、という異なる結果が得られた。
また、この図３（ｂ）においては図示されていないが、レーザ光は発光管を透過している。発光管を透過したレーザ光の受光器において、受光するレーザ光の出力は減少した。
【００４１】
これらの現象について、詳細は明らかではないが、以下の理由によるものであると考えられる。
まず、発光管を貫通したレーザ光の出力が減少していることから、レーザ光のエネルギーがプラズマ発光の増加に寄与していると考えられる。
そして、図３（ａ）と（ｂ）とは、レーザ光の発振波長にのみ相違があり、（ａ）では発光が観測されず、（ｂ）でのみ発光が観測されたことから、プラズマ発光の増加は、レーザ光の発振波長の変化により生じていると考えられる。
ここで図４に、これらの現象について説明する鍵として発光物質ごとに固有の誘導吸収波長を表により示す。この表において、Ａｒの誘導吸収波長を参照すると、８１０．３６９３ｎｍに誘導吸収波長が存在することがわかる。
図３（ａ）に示した実験結果では、レーザ光の発振波長は、８０６．１ｎｍであり、８１０．３６９３ｎｍとは一致しない。これに対し、図３（ｂ）では、レーザ光の発振波長は８１０．０ｎｍでありほぼ一致する。
このことから、図３（ｂ）ではレーザ光の誘導吸収が生じたものと推測される。ここで誘導吸収とは、単に吸収、若しくは吸光ともいい、物質が光を吸収する現象のことをいう。
つまり、発光管２内に封入される発光物質の原子には、図４に示すように固有の誘導吸収波長が多数存在するので、それらの波長のいずれかとレーザ光の波長が合致することにより、誘導吸収が生じたものと考えられる。そして、誘導吸収が生じたことにより、プラズマ温度が上昇し、プラズマからの放射が増加したものと考えられる。
以上の実験結果から、従来のようにレーザの出力を増加させずとも、誘導吸収が生じるようにレーザの発振波長のみを調整することにより、プラズマから得られる放射光を増加させることができた。そして、小さい出力のレーザによっても発光が増加するので、発光効率を高められることがわかった。
【００４２】
なお、図４に係る表は、ＮＩＳＴのデータベース（ＮＩＳＴ  Ｂｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔｅｂａｓｅｓ）に基づいて、上記発光物質の固有の誘導吸収波長のうち、比較的相対強度が大きい波長を選別したものである。
Ｘｅについては、Ｘｅ（１）としてＮＩＳＴのデータベースに基づくもののほか、Ｘｅ（２）としてＴａｂｌｅ  ｏｆ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｌｉｎｅｓ（Ｚａｉｄｅｌ’，Ａ．Ｎ．ＩＦＩ−Ｐｌｅｎｕｍ，１９７０）による文献値も示した。誘導吸収波長は、測定方法、条件により測定値が異なる場合があり、報告されている値も文献により異なるためである。
【００４３】
＜実験２＞
次に、レーザ光を照射して誘導吸収が生じていることを検証する実験を行った。  
上記の誘導吸収波長を発振するレーザ光を基本に波長を変化させながら照射して、発光物質に生じる誘導吸収の吸収率を測定した。
発光物質にはＸｅを用い、レーザの発振波長は、中心をいずれもＸｅの誘導吸収波長である９８０ｎｍ、８８０ｎｍとし、温度変化により変化させた。
吸収率は、図１に示した装置を用い、発光管を挟んでレーザ発振部の反対側、すなわち発光管を貫通したレーザ光を受ける位置にレーザパワー受光器を設置し、レーザパワーモニターにより測定した結果を用いて算出した。
図５は、算出した吸収率について示す図である。横軸は、レーザ光の波長（ｎｍ）、縦軸は吸収率（％）である。吸収率は、発振したレーザ光の出力と、受光したレーザ光のエネルギーとの差から損失を算出して、その損失を誘導吸収に寄与したものとして吸収量とし、吸収量／出力として求めた。
【００４４】
この図において、（１）は、波長９８０ｎｍのレーザ光を照射したときのＸｅの吸収率である。誘導吸収波長である９８０ｎｍが最も吸収率が高く、この波長を頂点として山型に広がる分布が確認された。
すなわち、レーザ発振波長は、誘導吸収波長に合致させた場合が最も吸収率が高く、そこから変位することにより吸収率は減少した。これは、レーザ光が実際には単一波長ではなく、一定の波長幅を有することによると考えられる。
（２）は、波長８８０ｎｍのレーザ光を照射したときにＸｅの吸収率である。(1)と同様に誘導吸収波長である８８１ｎｍが最も吸収率が高く、そこから変位することにより吸収率は減少した。すなわち、この傾向は誘導吸収波長が異なる場合でも同様であることがわかる、
これらのことから、レーザ光を効率よく吸収させるには、発振波長を誘導吸収波長により合致させることが好ましいことがわかる。また、誘導吸収波長を多少外れても、誘導吸収という現象自体は生じているのであるから、ある一定の波長範囲であればレーザ光の発振波長として許容できる範囲があることがわかる。
【００４５】
以上のことから検討された、誘導吸収波長の好適な範囲について以下に説明する。
図６に、レーザ光の発振波長と、誘導吸収波長との関係を表す模式図を示す。
この図は、横軸を波長（ｎｍ）、縦軸を発光強度（任意強度）としてそのレーザ光の波長分布を表し、その分布したレーザ光と、ある物質に固有の誘導吸収波長との関係について示している。
上記の＜実験１＞、＜実験２＞の結果から、ある波長範囲を有するレーザ光が、誘導吸収波長を含んでいれば、誘導吸収が生じることになる。すなわち、レーザ光の分布の範囲内に、発光物質に固有の誘導吸収波長が含まれればよい。
分布したレーザ光の一部が誘導吸収波長を含むことにより、誘導吸収が生じ、レーザ光のエネルギーがプラズマ温度を上昇させ、プラズマからの発光が増えるという効果が生じるからである。
【００４６】
それについて、図に示すレーザ光の波長範囲１および２と、誘導吸収波長１、２、および３を用いて説明する。
図に示す波長範囲１と誘導吸収波長１、２のように互いに交わっていれば、レーザ光に吸収が生じる成分があり、誘導吸収波長が含まれるといえる。すなわち、誘導吸収波長１、２に対して、波長範囲１を有するレーザ光は、本願発明のレーザ光として好適に用いることができる。
逆に、波長範囲１と誘導吸収波長３のような関係にあるときは、誘導吸収は生じないので、波長範囲１を有するレーザ光は、本願発明のレーザ光として適当ではない。
【００４７】
さらに、この図においてより好ましい波長範囲として、ピーク波長を中心に、そのピーク発光強度の１／e２以上である発光強度を有する波長範囲２を示している。
この１／e２という数値は、例えばレーザ光の断面強度分布で、この強度以上の出力がある範囲がビーム径とされているように、十分なレーザ出力の基準として技術的意義のある数値である。
ここで、この波長範囲２には、誘導吸収波長１が含まれているから、本願発明としては波長範囲１よりも好ましい関係にあるといえる。波長範囲２に誘導吸収波長が含まれていれば、波長範囲１よりも強い誘導吸収が生じ、より発光が増強されるからである。
【００４８】
上記の波長範囲１、２のようなレーザ光と誘導吸収波長との関係は、例えば、実際にレーザ光の分布を測定し、具体的な発光物質ごとの固有の誘導吸収波長と照らし合わせることにより確認できるし、そのレーザの仕様として明らかにされている発振波長および波長幅と、具体的な誘導吸収波長とを照らし合わせることにより確認できる。
発光物質に固有の誘導吸収波長については、例えば図４に示した波長が用いられる。原則、誘導吸収波長であればよいが、相対強度が小さい波長は生じる吸収も弱く、あまり実用的では無い。この表では相対的に強度の強い誘導吸収波長が選別されて掲載されており、これらは強い誘導吸収が生じる波長であるので好適である。
なお、発光物質については例示であり、本願発明の適用はこれらの発光物質に限定されるものではない。
【００４９】
以上に示した本発明について用いられる、発光物質の代表例について説明する。発光物質は、特に限定されるものではないが、例えば、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）などの希ガスが封入される。
希ガスを用いることで、化学的に不活性で、発光管材料と反応して着色することがなく、封入する材料により様々な波長の光を発光させる光源装置とすることができる。
特に、キセノンは、主に可視光を利用する目的で封入され、プロジェクタ等の光源に利用される。
【００５０】
発光物質として希ガスを封入した場合について、本発明の効果がどの波長域で生じているか確認するために、まずＸｅについて発光分光スペクトルを測定した。
＜実験３＞
実験には図１に記載の装置を用い、発光管２内には、Ｘｅのみを１０気圧封入した。放電によるプラズマを形成した後、発振波長８８１．０ｎｍ、出力４４Ｗのレーザを照射した。
図７は、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果であり、（ａ）は波長８００〜１０００ｎｍ、（ｂ）は、波長３５０〜７５０ｎｍの領域の測定結果である。
グラフには、（１）レーザ光のみの測定結果、（２）アーク放電に加えて波長８７６．０ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（３）アーク放電に加えて波長８８１．０ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
【００５１】
図７（ａ）において、波長８８１．０ｎｍに、それぞれ（１）（２）（３）の発光ピークが観測される。上記したようにこの点は誘導吸収波長であり、（３）のレーザの発振波長はこの波長に合わせて調整されている。
（２）と（３）の発光ピーク強度を各々比較すると、レーザの発振波長である８８１．０ｎｍ以外の波長の発光ピークでも、（３）の波長が一致するレーザを照射した場合の方が、（２）の波長が一致しないレーザを照射する場合よりも発光強度が大きいことがわかる。
【００５２】
さらに図７（ｂ）においては、３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの可視光域において連続スペクトルが観測されており、この範囲内での全ての波長について、（２）の発光強度と比較して（３）の発光強度が大きくなっている。
以上のことから、誘導吸収波長のレーザ光を照射して、発光物質にレーザ光を吸収させると、レーザ発振波長のみならず、その他の波長についても放射光が増加することが確認された。
【００５３】
＜実験４＞
次に、Ｘｅとは異なる発光物質でも同様の現象が生じるか確認するために、Ｋｒについて発光分光スペクトルを測定した。
発光管内には、Ｋｒのみを１０気圧封入し、放電によるプラズマを形成した後、発振波長８１０．０ｎｍ、出力５０Ｗのレーザを照射した。Ｋｒは、８１０ｎｍ付近にいくつか強い誘導吸収があるためである（図４表参照）。
【００５４】
図８は、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果である。なお、レーザのみの測定結果は図示していない。
グラフには、（４）アーク放電に加えて波長８０６．１ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（５）アーク放電に加えて波長８１０．０ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
図８において、最も発光強度が大きい波長８１０ｎｍの発光ピーク強度を比較すると、（４）の波長不一致の場合の発光強度に比べて、（５）の波長一致の場合の発光強度が著しく大きいことがわかる。
その他の発光ピークについても上記と同様に（４）より（５）の強度が大きいことがいえる。
以上のことから、Ｋｒについても誘導吸収波長のレーザを照射して、発光物質にレーザ光を吸収させると、レーザ発振波長のみならず、その他の波長についても放射光が増加することが確認された。
【００５５】
＜実験５＞
２種以上の発光物質を封入した場合について調べるためにＸｅとＡｒを混合して封入した発光管についても測定を行った。
まず、発光管内にＸｅを９気圧、Ａｒを１気圧、すなわち９：１の割合で封入した場合について、上記実験と同様に発光分光スペクトル測定を行った。
レーザ光には、Ｘｅの誘導吸収のある発振波長８８１．０ｎｍ、出力４４Ｗを用いた。
【００５６】
図９は、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果である。
グラフには、（６）アーク放電に加えて波長８７６．０ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（７）アーク放電に加えて波長８８１．０ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
【００５７】
図９において、最も発光強度が大きい波長８８１．０ｎｍの発光ピークを比較すると、（６）の波長不一致の場合の発光強度に比べて、（７）の波長一致の場合の発光強度が大きいことがわかる。
封入ガスの割合は、Ｘｅがほぼ占めるものなので、上記＜実験２＞のＸｅのみの結果との違いはほとんど見られない。
【００５８】
＜実験５＞
次に、発光管内にＸｅを１気圧、Ａｒを９気圧、すなわち１：９の割合で封入した場合について、上記実験と同様に発光分光スペクトル測定を行った。
レーザは、Ｘｅの弱い誘導吸収とＡｒの強い誘導吸収のある発振波長８１０．０ｎｍ、出力５０Ｗを用いた。上記＜実験４＞と、レーザの波長を変えたのは、Ａｒの誘導吸収の強い波長を選択し、発光の増加を顕著にすることにより、Ａｒの発光を確認しやすくするためである。
【００５９】
図１０に、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果を示す。なお、レーザのみの測定結果は図示していない。
グラフには、（８）アーク放電に加えて波長８０６．０ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（９）アーク放電に加えて波長８１０．０ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
【００６０】
図１０において、最も発光強度が大きい波長８１０ｎｍの発光ピークを比較すると、（８）の波長不一致の場合の発光強度に比べて、（９）の波長一致の場合の発光強度が著しく大きいことがわかる。
また、図１０と図９を比較すると、図９では観測されなかった発光ピークが、７５０ｎｍ〜８５０ｎｍにおいて観測された。これは、Ａｒに起因する発光であり、Ａｒの封入割合がほとんど占めることによるものと考えられる。
また、８８１．０ｎｍはＸｅの誘導吸収もあり、図９でも観測されたＸｅによる８８１．０ｎｍ付近のピーク群と、その発光の増加が観測された。
以上のことから、２種以上の発光物質が封入された場合でも、それぞれの物質に起因する発光について増加させる効果があることがわかった。
【００６１】
＜実験６＞
次に、２種類の発光物質を封入し、そのうち１種類の発光物質の誘導吸収波長のみにレーザの発振波長を合わせて照射した場合について実験を行った。
発光管２内には、Ｘｅを１０気圧と、Ｈｇ（水銀）を１０ｍｇ／ｍｍ３封入した。
発光管２内に放電によるプラズマを形成した後、発振波長８８１．０ｎｍ、出力４４Ｗのレーザを照射した。
【００６２】
図１１は、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果であり、（ａ）は波長８００〜１０００ｎｍ、（ｂ）は、波長２５０〜５００ｎｍの領域の測定結果である。
グラフには、（１０）レーザ光のみの測定結果、（１１）アーク放電に加えて波長８７６．０ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（１２）アーク放電に加えて波長８８１．０ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
【００６３】
図１１（ａ）において、発振波長である８８１．０ｎｍに、それぞれ（１０）（１１）（１２）の発光ピークが観測される。この波長はＸｅの誘導吸収波長であり、この波長付近には水銀の強い誘導吸収波長はなく、発光ピークも観測されない。
８８１．０ｎｍ（１１）と（１２）の発光ピーク強度を各々比較すると、＜実験２＞同様に、（１２）の波長が一致するレーザを照射した場合の方が大きいことがわかる。
【００６４】
そして、図１１（ｂ）において、波長２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの紫外線領域では、（１１）の発光強度よりも（１２）発光強度の方が大きいことがわかるが、これはＸｅの発光波長ではなく、Ｈｇの発光波長である。これは、プラズマ中のＸｅがレーザ光を吸収した結果、プラズマ温度が上昇してＨｇの発光強度増強に寄与しているためと考えられる。
すなわち、封入されている物質が入射されたレーザ光を誘導吸収する物質であれば、その物質によるプラズマ温度が上昇することにより、入射されたレーザ光の誘導吸収を持たない他の物質の発光増強にも寄与することができる。
【００６５】
以上のことから、２種類の発光物質を封入し、そのうち１種類の発光物質の誘導吸収波長のみにレーザの発振波長を合わせて照射した場合についても、レーザの出力を増加させずに、誘導吸収が生じるように発振波長を調整することにより、プラズマから得られる放射光を増加させることができることがわかった。
【００６６】
＜実験７＞
最後にＡｒとＮａを封入した発光管についても、発光分光スペクトルの測定を行った。
Ｎａは、１０７４ｎｍに誘導吸収波長が存在するので、レーザは、発振波長１０７４ｎｍのものを用いた。
図１２は、発光管内のプラズマより得られる放射光の発光分光スペクトル測定結果である。なお、レーザのみの測定結果は図示していない。
【００６７】
この図において、（１３）波長１０７０ｎｍのレーザ（波長不一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果、（１４）波長１０７４ｎｍのレーザ（波長一致）を照射したときのプラズマ放射光測定結果を示した。
最も発光強度が大きい発光ピーク同士を比較すると、（１３）の波長不一致の場合に比べて、（１４）の波長一致の場合の強度が著しく大きいことがわかる。
その他の発光ピークについても上記と同様に（１３）より（１４）の強度が大きいことがいえる。
以上のことから、Ｎａについても、誘導吸収波長のレーザを照射して、発光物質にレーザ光を吸収させると、レーザ発振波長のみならず、その他の波長についても放射光が増加することが確認された。
【００６８】
上記のごとく、発光物質は第一の発光物質と、第一の発光物質とは異なる第二の発光物質とから構成することができる。
複数の発光物質を組み合わせることにより、複数の発光を利用することができ、また、いずれか一方の発光物質に固有の誘導吸収波長を含むレーザ光が照射されることにより、他方の発光物質の発光も増加させることができる。なお、三種以上の発光物質から構成してもよい。
第一の発光物質と第二の発光物質がいずれも希ガスである場合は、例えば、キセノンとアルゴン（Ａｒ）の混合ガスが封入される。この場合は、キセノンによる発光を可視光として利用するのが主である。
【００６９】
そのほか、第一の発光物質には希ガスを、第二の発光物質には金属を採用することができる。この場合、金属封入物により特徴ある放射が得られる既存のランプと同様の用途に用いることができる。
組み合わせの具体的な例としては、実験で示したキセノンと水銀（Ｈｇ）、アルゴンとナトリウム（Ｎａ）などがある。水銀は、主に紫外光を利用する目的で封入される。より具体的には、フォトリソグラフィに用いられる露光装置等の光源に利用される。
【００７０】
以下に、本発明の光源装置の具体的な用途の例について説明する。
図１３は、本発明に係る光源装置を用いた露光装置２０の全体構成図である。
本発明の光源装置を光源、特に水銀を含む場合には、この発光を利用する紫外線光源として、露光装置２０に用いることができる。利用される紫外線は、例えば図１１（ｂ）に示される２５０〜４５０ｎｍの領域の紫外線である。
レーザの光に水銀の誘導吸収波長が含まれていなくても、例えばＸｅやＡｒなど、レーザ光の誘導吸収があるガスが、水銀とともに発光管２２内に封入されていればよい。
この露光装置２０では、光源装置を覆うように集光鏡２８が配置され、この集光鏡２８は、回転楕円を短径で半分にした反射面を有する。  
集光鏡２８は、開口部が紙面下側に向いており、このような開口部を有する集光鏡２８によって、発光管２２の周囲が覆われている。
この集光鏡２８は、連続波レーザ発振部２３からのビームを入射する一方の貫通孔と、発光管２２を通過したビームを出射する他方の貫通孔とを有する。この発光管２２と集光鏡２８はケーシング２９に収納される。
このような構成とすることにより、本発明の光源装置を露光装置に利用することができる。
【００７１】
また、発光物質によっては、本発明の光源装置を可視光光源として、プロジェクタに用いることができる。装置の具体的構成などについては省略する。
発光物質は、例えば８８１．０ｎｍのレーザを用いる場合は、キセノンのみでもよいし、キセノンとともに水銀が封入されていても良い。
また、水銀の誘導吸収波長を含むレーザ光を照射できるレーザがあれば、水銀のみでもよい。
図７（ｂ）に示されるように、３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの可視光域では、ブロードな連続波長が観測されており、これを、超高圧水銀ランプのように家庭用、オフィス用に用いられるプロジェクタの光源とすることもできるし、キセノンランプのように、映画館で用いられるプロジェクタ用の光源とすることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１    光源装置
２    発光管
３    連続波レーザ発振部
４    制御部
５    給電装置
６    温度調節機構
７    光学部材
１０  予備プラズマ発生手段
１１  放電電極
１２  パルスレーザ発振部
１３  光学部材
１４  発振部
２０  露光装置
２２  発光管
２３  連続波レーザ発振部
２６  ビームダンパ
２７  光学部材
２８  集光鏡
２９  ケーシング
８    光源装置
８１  電極
８２  発光管
８３  連続波レーザ発振部
８４  集光鏡
８５  ビームダンパ
８７  集光部材
【図１】
2013045537.tif 000003
【図２】
2013045537.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013045537.tif 000008
【図７】
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【図８】
2013045537.tif 000010
【図９】
2013045537.tif 000011
【図１０】
2013045537.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2013045537.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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