JP5479295B2

JP5479295B2 - 光源

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Publication number: JP5479295B2
Application number: JP2010224859A
Authority: JP
Inventors: 恵樹松浦
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-10-04
Also published as: JP2012079587A

Description

本発明は、内部で発生させた光を出射する光源に関する。

従来から、光源から効率よく光を放射させるための構造が検討されている。例えば、下記特許文献１に記載の重水素ランプでは、放電容器内に陽極及び陰極を取り巻くように遮蔽囲みを有し、その遮蔽囲みの一部に光反射材を設けたような構造が提案されている。

特開平７−６７３７号公報特開２００８−３１１０６８号公報特開２０１０−２７２６８号公報実開平５−１７９１８号公報特公平４−５７０６６号公報

しかしながら、上述した従来の重水素ランプでは、陽極及び陰極を含む放電部と光取り出し窓との間における光の損失が発生しやすく、光の取り出し効率が十分ではない。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光の出射窓からの取り出し効率を安定して向上させることが可能な光源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光源は、光を発生させる発光部を収容する第１の筐体と、一端側が第１の筐体に接続されて、発光部から発生した光を、他端側に設けられた出射窓部に導く第２の筐体と、第２の筐体の出射窓部と、第１の筐体と第２の筐体とを接続する部位との間に挿入固定され、内壁面が光を反射する反射面に形成された筒状の金属部材とを備える。

このような光源によれば、第１の筐体内の発光部から発せられた光が、第１の筐体に接続された第２の筐体内に挿入された筒状の金属部材の内部に導かれることにより、第２の筐体に設けられた出射窓部から出射される。ここで、金属部材の内壁面が反射面に形成されているので、発光部から出射された光が筒状部材の内部の反射面によって全反射されつつ第２の筐体の一端側から他端側に導かれる結果、発光部から発せられた光を損失することなく第２の筐体の出射窓部まで導くことができる。また、金属部材の内壁自体が反射面であるため、反射面の剥離または脱落等による性能劣化や異物発生を抑制することができ、長寿命化を実現することができる。これにより、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

金属部材の外壁面と、第２の筐体の内壁面とは離間していることが好ましい。この場合、金属部材と第２の筐体との熱膨張率の違いにより、金属部材の位置ずれや金属部材または第２の筐体の破損を防止することができ、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

また、金属部材の第１の筐体側の反射面は、テーパー状に形成されていることが好ましい。この場合、反射面での光の反射角が大きくなり、反射回数を低減させることで、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

また、金属部材の位置決めのための位置決め部材がさらに設けられていることも好適である。かかる位置決め部材を備えれば、第１の筐体及び第２の筐体に対する金属部材の位置を安定化して、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

また、位置決め部材は、金属部材を第２の筐体の他端側から一端側に付勢するばね部材と、ばね部材によって付勢された金属部材が押し当てられる固定部材とを含む、ことも好適である。かかる構成を採れば、第１の筐体及び第２の筐体に対して金属部材を安定して固定することができ、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

さらに、位置決め部材は、第１の筐体と第２の筐体との間を接続する接続部材上に設けられている、ことも好適である。このようにしても、第１の筐体及び第２の筐体に対して金属部材を安定して固定することができ、出射窓部からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

本発明によれば、光の出射窓からの取り出し効率を安定して向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。図１の反射筒部の断面図である。図１の光源における反射筒部の組み込み状態を示す側面図である。本発明の第２実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。（ａ）は、図４の反射筒部の側面図、（ｂ）は、図４の反射筒部の正面図である。本発明の第３実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。本発明の第５実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。本発明の第６実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。本発明の変形例に係る光源の構成を示す断面図である。（ａ）は、本発明の変形例にかかる反射筒部の側面図、（ｂ）は、（ａ）の反射筒部の端面図、（ｃ）は、（ａ）の反射筒部の斜視図である。（ａ）は、本発明の変形例にかかる反射筒部の側面図、（ｂ）は、（ａ）の反射筒部の端面図、（ｃ）は、（ａ）の反射筒部の斜視図である。本発明の変形例に係る光源の構成を示す側面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光源の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。同図に示す光源１は、質量分析装置の光イオン化源等の分析機器用光源や真空除電用光源として使用されるいわゆる重水素ランプである。

この光源１は、重水素ガスを放電させて光を発生させる発光部２が収容された略円筒状の発光筒部（第１の筐体）３Ａと、この発光筒部３Ａに連通すると共に発光筒部３Ａの側壁から発光部２の発生させる光の光軸Ｘに沿って突出する略円筒状の導光筒部（第２の筐体）３Ｂとが一体的に接続されたガラス製の密封容器３を備えている。この密封容器３には、重水素ガスが数百Ｐａ程度封入されている。より詳細には、導光筒部３Ｂは、光軸Ｘに沿った方向の一端側が発光筒部３Ａに一体化されて連通しており、他端側は発光部２から発生した光を外部に出射させる出射窓部４によって封止されている。この出射窓部４の材質は、例えば、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）、石英ガラス、サファイアガラス等である。

発光筒部３Ａに収容されている発光部２は、陰極部５、陽極部６、陽極部６と陰極部５との間に配置された中心部にアパーチャーが形成された放電路制限部７、及びこれらを取り囲んで配置する収容ケース８によって構成されている。この収容ケース８の導光筒部３Ｂ側の面には、発光部２で発生した光を取り出すための矩形状の光通過口８ａが、導光筒部３Ｂの出射窓部４に対向するように形成されると共に、この光通過口８ａを取り囲むように導光筒部３Ｂの側壁に沿って円形状に延びる壁部からなる固定リング（固定部材）８ｂが固定されている。このような発光部２は、陰極部５と陽極部６との間に電圧が印加されると、その間に存在する重水素ガスを電離、放電させて形成したプラズマ状態を放電路制限部７によって絞り込んで高密度のプラズマ状態にすることによって発生した光（紫外光）を、収容ケース８の光通過口８ａから光軸Ｘに沿った方向に向けて出射させる。

なお、上記の発光部２は、発光筒部３Ａの端面に設けられたステム部に立設されたステムピン（図示せず）によって、発光筒部３Ａ内に保持されている。すなわち、この光源１は、光軸Ｘが発光筒部３Ａの管軸に対して交差するサイドオン型の光源である。

このような密封容器３内の出射窓部４と、発光筒部３Ａと導光筒部３Ｂとを接続する部位との間には、略円筒状のアルミニウム製の反射筒部（金属部材）９が挿入固定されている。この反射筒部９は、図２に示すように、アルミニウム製の金属ブロック部材が複数組み合わされて、導光筒部３Ｂの内径よりも小さい外径を有する略円筒状の形状をなしている。

また、反射筒部９自体の内壁面は、反射筒部９の中心軸線に沿って曲面、又は段階的に傾斜角が変化する多段面である反射面９ａとして形成されている。すなわち、この反射面９ａは、出射窓部４の外側の所望の面または点に光を集光できるように、反射筒部９の中心軸方向の両端がテーパー状に形成されている。より具体的には、反射筒部９の長手方向の中心部から発光筒部３Ａ側の端部にかけて反射面９ａで囲まれる空間の径が徐々に小さくなるように、反射面９ａが反射筒部９の中心軸、すなわち、光軸Ｘに対して傾斜して形成されている。また、反射筒部９の長手方向の中心部から出射窓部４側の端部にかけて反射面９ａで囲まれる空間の径が徐々に小さくなるように、反射面９ａが反射筒部９の中心軸に対して傾斜して形成されている。なお、反射面９ａのテーパー状部は、反射筒部９の中心軸方向の両端ではなく、どちらか一方、例えば発光部２側（一端側）のみを前述したようなテーパー状に形成し、出射窓部４側（他端側）は反射面９ａを反射筒部９の中心軸に対して平行に形成しても良い。この反射面９ａは、所望の面または点に光を集光したり発散したりできるように設定されている。このような反射面９ａは、発光部２によって発生した光を正反射可能な鏡面状態に加工されており、例えば、金属ブロック部材を切削加工し、その内壁に、バフ研磨、化学研磨、電解研磨、それらから派生した研磨方法による研磨、又は、それらを複合した研磨方法による研磨を施した後、洗浄処理や不純物ガス成分を除去するための真空処理等を施すことによって形成される。本実施形態においては、反射筒部９は２つの部材を組み合わせて形成されており、このように複数個の金属ブロック部材で反射面９ａが形成される場合には、金属ブロック部材ごとの長さと内径との比（アスペクト比）が小さくできるために、加工整形時に平坦度が出しやすくなる結果、反射面９ａの鏡面度が高くなる。

さらに、反射筒部９の外壁面９ｂの略全面には、高熱放射率の材料を含む熱放射膜１０が形成されている。このような熱放射膜１０の材料としては、酸化アルミニウム等の反射筒部９の材料よりも熱放射率の高いものが用いられる。ここで、熱放射膜１０は、反射筒部９の略全面に形成されているが、反射筒部９の外壁面９ｂの一端側の一部に形成されてもよい。また、熱放射膜１０は、例えば熱放射膜１０を構成する材料を反射筒部９の外壁面９ｂ上に蒸着や塗布等によって積層することで形成されるが、特に本実施形態のように反射筒部９がアルミニウムからなる場合には、反射筒部９の外壁面９ｂを酸化処理することで熱放射膜１０としての酸化アルミニウムの層を形成しても良い。

また、反射筒部９の外壁面９ｂの長手方向の他端側の周縁部には、その外壁面９ｂに沿って、段差状の突出部となるように円形状に切り欠かれた切り欠き部１１が形成されている。この切り欠き部１１は、反射筒部９を密封容器３内で位置決めするために設けられる。

このような反射筒部９は、切り欠き部１１が形成された縁部に対して反対側の縁部から、その縁部が発光部２の収容ケース８に当接するまで、導光筒部３Ｂの管軸（光軸Ｘ）に沿って挿入されると共に、切り欠き部１１にばね部材１２が外壁面９ｂに沿って取り付けられた後に、導光筒部３Ｂが出射窓部４によって封止される（図１及び図３）。このとき、反射筒部９は、その外壁面９ｂが導光筒部３Ｂの内壁面１３と離間した状態で収容ケース８の固定リング８ｂの内側に嵌め込まれる（図３）。このばね部材１２は、金属部材、例えば耐熱性の高いステンレスやインコネル材からなる、反射筒部９の位置決め用の部材であり、切り欠き部１１と出射窓部４との間に配置されて、反射筒部９を、光軸Ｘに沿って出射窓部４側から発光部２側に付勢することにより、収容ケース８に押し当てる機能を有する。これにより、反射筒部９は、密封容器３内の出射窓部４と発光部２との間において導光筒部３Ｂと離間し、かつ発光部２に近接した状態で、光軸Ｘに沿った方向および光軸Ｘに直交する方向に位置決めされる。

以上説明した光源１によれば、発光筒部３Ａ内の発光部２から発せられた光が、発光筒部３Ａに接続された導光筒部３Ｂに挿入された筒状の反射筒部９の内部に導かれることにより、導光筒部３Ｂに設けられた出射窓部４から出射される。ここで、反射筒部９の内壁面が反射面９ａに形成されているので、発光部２から出射された光が反射筒部９の内部の反射面９ａによって全反射されつつ導光筒部３Ｂの一端側から他端側に導かれる結果、発光部２から発せられた光を損失することなく導光筒部３Ｂの出射窓部４まで導くことができる。このとき、反射面９ａの傾斜角を適切に設定することで、出射窓部４の外部における出射光の分布を平行光、発散光、及び収束光にすることもでき、所定の照射面での光強度の均一性を高めることもできる。それに併せて、出射窓部４からの光の取り出し効率を向上させ、出射光の総光量及び照射面上での光量を増加させることができる。また、従来の重水素ランプでは出射窓からの光放射パターンが、その出射窓からの距離に応じて変化し、放射光の弱い抜けの部分が生じやすい傾向にあるが、光源１ではそのような光照射パターンの抜けの部分の発生を低減することができる。また、反射筒部９自体をアルミニウムブロック等の金属部材で構成することで、例えば反射筒部９の内部に金属等からなる反射膜を形成した場合と異なり、温度上昇と低下を繰り返す際の、構成材料の膨張係数の違いから発生する反射面９ａの剥離または脱落等による性能劣化や異物発生を抑制することができ、長寿命化を実現することができる。また、鏡面度の高い反射面の加工が容易になるので、発生した光を効果的に集光することができ、加えて、発生する紫外光が透過することなく、また、紫外光によって劣化することもないので、発生した光をより効率よく取り出すことができる。

さらに、反射筒部９の外壁面９ｂと、導光筒部３Ｂの内壁面１３とは離間しているので、反射筒部９と導光筒部３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部９の位置ずれや反射筒部９または導光筒部３Ｂの破損を防止することができる。

また、反射筒部９の反射面９ａの両端は、テーパー状に形成されているので、反射面９ａでの光の反射角が大きくなり、反射回数を低減させることで、出射窓部４からの光の取り出し効率を安定して向上させることができる。

また、反射筒部９は、金属部材からなる位置決め部材であるばね部材１２によって付勢されて収容ケース８の固定リング８ｂに嵌め込まれることによって密封容器３内で位置決めされているので、発生する紫外光によって劣化することなく、密封容器３に対する反射筒部９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を保つことができる。ここで、ばね部材１２により収容ケース８に押圧する構造を採用することで、密封容器３に対して反射筒部９を安定して固定することができると共に、反射筒部９の中心軸方向に沿った熱膨張が発生してもばね部材１２によって発光筒部３Ａに対する位置ずれを吸収することができる。

さらに、反射筒部９の外壁面９ｂの略全面に熱放射膜１０が形成されることにより、反射筒部９の内面に周辺や封入ガスよりも低温の領域を形成することができ、その領域に発光筒部３Ａからのスパッタ物等の異物を捕捉して、異物の出射窓部４への拡散や付着及びそれに伴う光透過率の低下を抑制することができる。また、発光筒部３Ａに近い外壁面９ｂの一部に熱放射膜１０を形成した場合には、外壁面９ｂの一端側の熱放射率が外壁面９ｂの他端側の熱放射率よりも大きくなる結果、出射窓部４から遠い位置にスパッタ物が付着しやすくなるため、出射窓部４の汚染が低減される。

また、このような光源１を光イオン化源としてガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ/ＭＳ）や液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ/ＭＳ）といった質量分析装置（ＭＳ）に利用すれば、集光性を高めたり光量を大きくすることができるので、光源１の窓部を試料放出口に近づける必要が無くなり、次のデメリットを低減することができる。すなわち、光源内に光学系がない場合、感度向上のために窓位置を試料放出口に近づける必要が生じ、試料温度が高いため、窓材の封着材に悪影響を及ぼしたり、近接できない等のデメリットがある。また、窓位置を試料放出口に近づけた場合、窓材や光源の窓外に近接して設置する光学系が試料や溶剤によって汚染され、測定感度が劣化する。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る光源の構成を示す断面図、図５（ａ）は、図４の反射筒部の側面図、図５（ｂ）は、図４の反射筒部の正面図である。同図に示す光源１０１は、反射筒部９の位置決め構造が第１実施形態のものと異なる。

すなわち、光源１０１に内蔵される反射筒部１０９には、その外壁面１０９ｂの出射窓部４側の端部において、位置決め部材としての金属バンド１１２が固定されている。この金属バンド１１２には、バネ性を有する複数の爪部１１２ａが反射筒部１０９の外周に沿って形成されており、金属バンド１１２は、その端部が重ね溶接されることにより外壁面１０９ｂ上に固定されている。このような反射筒部１０９は、導光筒部３Ｂの内壁面１３に沿って密封容器３内に挿入され、金属バンド１１２を除く外壁面１０９ｂが内壁面１３と離間するように固定される。このような構造により、反射筒部１０９は、金属バンド１１２の爪部１１２ａのバネ力により、その端部が収容ケース８の固定リング８ｂに押し当てられ、密封容器３内で光軸Ｘに沿った方向に位置決めされる。それとともに、反射筒部１０９は、金属バンド１１２の爪部１１２ａにより、その外壁面１０９ｂと導光筒部３Ｂの内壁面１３とが一定距離を保って離間された状態で光軸Ｘの垂直な方向にも位置決めされる。また、反射筒１０９の金属バンド１１２装着部に、同バンドの幅に合わせた溝を形成する事で、導光筒部３Ｂの内径を大きくする事なく、金属バンド１１２から導光筒部３Ｂの内壁面１３への距離を大きく取れ、爪部１１２ａの角度を大きくする事が可能となり、爪部１１２ａのバネ力を強める事ができる。

このような光源１０１によっても、反射筒部１０９と導光筒部３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部１０９の位置ずれや反射筒部１０９または導光筒部３Ｂの破損を防止することができる。また、反射筒部１０９は、位置決め部材である金属バンド１１２によって付勢されて収容ケース８の固定リング８ｂに嵌め込まれることによって密封容器３内で位置決めされているので、密封容器３に対する反射筒部１０９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を保つことができる。

［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。同図に示す光源２０１は、本発明をキャピラリ放電管に適用した場合の例である。

光源２０１は、発光筒部２０３Ａと導光筒部２０３Ｂとが接続された密封容器２０３を備えている。この発光筒部２０３Ａには、陰極部２０５、陽極部２０６、及び陽極部２０６と陰極部２０５との間に配置されたキャピラリ２０７によって構成された発光部２０２が収容されている。そして、密封容器２０３内には水素（Ｈ_２）、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）等のガスが封入されている。このような発光部２０２は、陰極部２０５と陽極部２０６との間に電圧が印加されると、その間に存在するガスが電離、放電され、その結果生じた電子がキャピラリ２０７内に収束されてプラズマ状態にされることによって、光軸Ｘに沿って導光筒部２０３Ｂ側に向けて光が出射される。例えば、封入ガスとしてＫｒを、出射窓部４の材料としてＭｇＦ_２を用いた場合には、１１７／１２２ｎｍの波長での発光が可能とされ、封入ガスとしてＡｒを、出射窓部４の材料としてＬｉＦを用いた場合には、１０５ｎｍの波長での発光が可能とされる。

この陰極部２０５は、発光筒部２０３Ａと導光筒部２０３Ｂとを隔てる部位に配置された接続部材としての役割も有する。詳細には、陰極部２０５は、発光部２０２で発生した光を取り出すための円形状の光通過口２０８ａが形成され、外壁面９ｂが導光筒部２０３Ｂの内壁面と離間するように挿入された反射筒部９の位置決め用の固定部材となる固定リング部材２０５Ａと、導光筒部２０３Ｂとリング部材２０５Ａとに接合されるリング部材２０５Ｂとの２重構造を成している。なお、陰極部２０５に対して反射筒部９の位置決め用の部材として別部材を取り付けても良い。

このような光源２０１の密封容器２０３への反射筒部９の組み込み時には、陰極部２０５の固定リング部材２０５Ａ及びリング部材２０５Ｂを、それぞれ、発光筒部２０３Ａ及び導光筒部２０３Ｂに封着させておく。そして、反射筒部９を固定リング部材２０５Ａの段差部に嵌め込むようにしながら、導光筒部２０３Ｂの内壁面と離間するように挿入した後に、固定リング部材２０５Ａ及びリング部材２０５Ｂを重ね合わせて真空溶接して組み上げる。なお、反射筒部９を陰極部２０５に溶接し固定した後に、導光筒部２０３Ｂを陰極部２０５に真空保持可能に接合することで組み上げても良い。

このような光源２０１によっても、反射筒部９と導光筒部２０３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部９の位置ずれや反射筒部９または導光筒部２０３Ｂの破損を防止することができる。また、反射筒部９は、位置決め部材であるばね部材１２によって付勢されて陰極部２０５の固定リング部材２０５Ａに嵌め込まれることによって密封容器２０３内で位置決めされているので、密封容器２０３に対する反射筒部９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を安定して保つことができる。

また、反射筒部９における、発光筒部２０３Ａに近い一端側の外壁面９ｂに熱放射膜１０が形成されることにより、発光部２０２に近接する反射筒部９の内側に周辺や封入ガスよりも低温の部分を形成することができ、その部分に発光筒部２０３Ａからのスパッタ物等の異物を捕捉して、異物の出射窓部４への拡散及びそれに伴う光透過率の低下を抑制することができる。

［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。同図に示す光源３０１は、本発明を電子励起光源に適用した場合の例である。

光源３０１は、発光筒部３０３Ａと導光筒部３０３Ｂとが接続された密封容器３０３を備えており、その内部が高真空に保持される。この発光筒部３０３Ａには、ＡｌＧａＮ等の結晶薄膜を有する固体発光ターゲット３０５、電子銃部３０６、及び固体発光ターゲット３０５と電子銃部３０６との間に配置された電子レンズ部３０７によって構成された発光部３０２が収容されている。このような発光部３０２は、電子銃部３０６によって形成された電子流を、電子レンズ部３０７によって制御することによって固体発光ターゲット３０５に向けて加速させた後に衝突させる。これにより、発光部３０２は、導光筒部２０３Ｂ側に向けて光軸Ｘに沿った方向に光を発生させることができる。例えば、固体発光ターゲット３０５の結晶薄膜材としてＡｌＧａＮを用いた場合には、２００〜３００ｎｍ程度の波長域での発光が可能とされる。

密封容器２０３を構成する発光筒部３０３Ａと導光筒部３０３Ｂとは、導電性を有する封止用リング部材３０８によって連結され、封止用リング部材３０８と発光筒部３０３Ａ及び導光筒部３０３Ｂとの接触部分が真空保持可能なように接合されている。この封止用リング部材３０８は、発光部３０２で発生した光を取り出すための円形状の光通過口３０８ａが形成され、外壁面９ｂが導光筒部３０３Ｂの内壁面と離間するように挿入された反射筒部９の位置決め用の固定部材となる固定リング部材３０８Ａと、導光筒部３０３Ｂと固定リング部材３０８Ａとに接合されるリング部材３０８Ｂとの２重構造を成している。なお、封止用リング部材３０８に対して反射筒部９の位置決め用の部材として別部材を取り付けても良い。この封止用リング部材３０８の固定リング部材３０８Ａには、固体発光ターゲット３０５が接触及び固定され、外部から固定リング部材３０８Ａに電位が印加されることによって、固体発光ターゲット３０５の電位が設定される。固体発光ターゲット３０５を固定リング部材３０８Ａに接触及び固定することで、電子入射によって発生した熱を封止用リング部材３０８や反射筒部９から外部に放出することができ、発光効率や装置寿命が向上する。また、別途電極を設けることで固体発光ターゲット３０５の電位が設定されても良い。

このような光源３０１によっても、反射筒部９と導光筒部３０３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部９の位置ずれや反射筒部９または導光筒部３０３Ｂの破損を防止することができる。また、反射筒部９は、位置決め部材であるばね部材１２によって付勢されて封止用リング部材３０８の固定リング部材３０８Ａの段差部に嵌め込まれることによって密封容器３０３内で位置決めされているので、密封容器３０３に対する反射筒部９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を安定して保つことができる。

［第５実施形態］
図８は、本発明の第５実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。同図に示す光源４０１は、本発明をレーザ励起光源に適用した場合の例である。

光源４０１は、発光筒部４０３Ａと導光筒部４０３Ｂとが隔壁を介して封着された密封容器４０３を備えており、その発光筒部４０３Ａの内部に希ガスが封入され、導光筒部４０３Ｂの内部は、不活性ガスが封入されるか、又は真空に保持されている。この発光筒部４０３Ａには、導光筒部４０３Ｂの反対側に入射窓部４０６が封着されており、導光筒部４０３Ｂ側の隔壁には出射窓部４０７が設けられている。この入射窓部４０６及び出射窓部４０７を備える発光筒部４０３Ａ自体が発光部を構成している。すなわち、このような発光筒部４０３Ａの入射窓部４０６に光軸Ｘに沿って図示しないレーザ光源からレーザ光が入射すると、内部の希ガスによって光が励起されて、出射窓部４０７から光軸Ｘに沿ってその光が放射される。例えば、希ガスとしてＸｅを使用し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの三倍波（３５５ｎｍ）を入射させた場合には、Ｘｅの第三高調波発生法により１１８ｎｍの波長での発光が可能とされる。

発光筒部４０３Ａと導光筒部４０３Ｂとの間の隔壁は、封止用リング部材４０８によって構成され、封止用リング部材４０８と発光筒部４０３Ａ及び導光筒部４０３Ｂとの接触部分が真空保持可能に接合されている。この封止用リング部材４０８は、発光筒部４０３Ａで発生した光を出射窓部４０７を介して取り出すための円形状の光通過口４０８ａが形成され、外壁面９ｂが導光筒部４０３Ｂの内壁面と離間するように挿入された反射筒部９の位置決め用の固定部材となる固定リング部材４０８Ａと、導光筒部４０３Ｂと固定リング部材４０８Ａとに接合されるリング部材４０８Ｂとの２重構造を成している。なお、封止用リング部材４０８に対して反射筒部９の位置決め用の部材として別部材を取り付けても良い。

このような光源４０１によっても、反射筒部９と導光筒部４０３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部９の位置ずれや反射筒部９または導光筒部４０３Ｂの破損を防止することができる。また、反射筒部９は、位置決め部材であるばね部材１２によって付勢されて封止用リング部材４０８の固定リング部材４０８Ａの段差部に嵌め込まれることによって密封容器４０３内で位置決めされているので、密封容器４０３に対する反射筒部９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を安定して保つことができる。

また、光源４０１の構造により、レーザ光励起によって発生した熱を封止用リング部材４０８や反射筒部９から外部に放出することができ、発光効率や装置寿命が向上する。

また、発光筒部４０３Ａに出射窓部４０７を設けずに、発光筒部４０３Ａと導光筒部４０３Ｂとを同じガス圧にしてもよい。

［第６実施形態］
図９は、本発明の第６実施形態に係る光源の構成を示す断面図である。同図に示す光源５０１は、本発明を、第５実施形態に比較して、レーザ光の代わりに電子で希ガスを励起して発光させる電子励起ガス光源に適用した場合の例である。

光源５０１は、発光筒部５０３Ａの両端に導光筒部５０３Ｂと電子発生筒部５０３Ｃとが接続された密封容器５０３を備えている。この発光筒部５０３Ａは、隔壁である封止用リング部材５０８Ｂを介して、その内壁面と反射筒部９の外壁面９ｂとが離間するように反射筒部９が挿入固定された導光筒部５０３Ｂと封着され、隔壁である封止用リング部材５０８Ｃを介して電子発生筒部５０３Ｃと封着されている。そして、発光筒部５０３Ａの内部に希ガスが封入され、導光筒部５０３Ｂの内部は、不活性ガスが封入されるか、又は真空に保持され、電子発生筒部５０３Ｃの内部は真空に保持されている。この封止用リング部材５０８Ｃには、ＳｉやＳｉＮ等の電子透過性を有する材料によって形成される電子透過窓部５０７Ｃが設けられ、封止用リング部材５０８Ｂには出射窓部５０７Ｂが設けられている。なお、封止用リング部材５０８Ｂの構造は、第５実施形態にかかる封止用リング部材４０８の構造と同様である。

密封容器５０３の一部を構成する電子発生筒部５０３の内部には、電子銃部５０９及び電子透過窓部５０７Ｃと電子銃部３０６との間に配置された電子レンズ部５１０が収容されている。このような電子発生筒部５０３では、電子銃部５０９によって形成された電子流を、電子レンズ部５１０によって制御することによって電子透過窓部５０７Ｃに向けて光軸Ｘに沿って加速させることができる。そして、発光筒部５０３Ａの内部に光軸Ｘに沿って電子流が入射すると、内部の希ガスによって光が励起されて、出射窓部５０７Ｂから光軸Ｘに沿ってその光が放射されて導光筒部５０３Ｂ内に導かれる。

このような光源５０１によっても、反射筒部９と導光筒部５０３Ｂとの熱膨張率の違いにより、反射筒部９の位置ずれや反射筒部９または導光筒部５０３Ｂの破損を防止することができる。また、反射筒部９は、位置決め部材であるばね部材１２によって付勢されて封止用リング部材５０８Ｂの段差部に嵌め込まれることによって密封容器５０３内で位置決めされているので、密封容器５０３に対する反射筒部９の位置を安定化して、出射窓部４からの光の取り出し効率を安定して保つことができる。

また、光源５０１の構造により、電子励起によって発生した熱を封止用リング部材５０８Ｂや反射筒部９から外部に放出することができ、発光効率や装置寿命が向上する。

なお、発光筒部５０３Ａに出射窓部５０７Ｂを設けずに、発光筒部５０３Ａと導光筒部５０３Ｂとを同じガス圧にしてもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、反射筒部９を発光筒部３Ａ，２０３Ａ，３０３Ａ，４０３Ａ，５０３Ａ側に設けられた位置決め用の部材に押し当てることにより固定していたが、レーザ溶接等により位置決め部材に直接固定しても良い。

図１０には、本発明の変形例である光源６０１として、反射筒部６０９がレーザ溶接やスポット溶接によって発光部２の収容ケース８に固定された構造を示している。詳細には、反射筒部６０９の外壁面６０９ｂの端部にステンレスリング６１４を固定し、その端部のステンレスリング６１４と収容ケース８の固定リング８ｂとの接触部分をレーザ溶接やスポット溶接によって溶融し互いに固着する。同図に示す光源６０１では、導光筒部６０３Ｂを短くされているが、反射筒部６０９をそれに合わせて設計することで出射光の分布を平行光や拡散光にすることができると共に、照射面上での光強度の均一性を高めることができる。また、光源６０１のように、反射筒部６０９の発光筒部６０３Ａ側の端部に突出部６１５を設け、この突出部６１５を、荷電粒子の流れを阻害しない範囲で放電路制限部７に近くなるように、収容ケース８内に伸ばして配置させてもよい。これにより、出射窓部４からの光量を増加させることができるとともに、反射筒部６０９によるスパッタ物等の異物の捕捉を、発光部２の内部から行うことができ、低温度部の出射窓部４へのスパッタ物の付着をより抑制することができる。

また、図６〜図９で示した、第３〜第６実施形態における反射筒部９の固定においても、図１０で示したレーザ溶接やスポット溶接を用いても良い。その際、図１０と同様に、反射筒部９の端部にステンレスリングを固定し、そのステンレスリングと固定部材とを溶接するのが好ましい。

また、反射筒部６０９の先端に固定する溶接用の構造体としては、様々な形状のものを採用することができる。

例えば、図１１に示すように、反射筒部６０９の端部６０９ｄの外周にステンレス製のＣ型止め輪等の止め輪７１４を固定し、その止め輪７１４と収容ケース８の反射筒部固定用部材とを溶接することで反射筒部６０９を発光部２に対して固定してもよい。

さらに、図１２に示すように、反射筒部６０９の端部６０９ｄの外周部にステンレス製のシート材８１４を帯状に巻き付け、その終端部を重ね合わせて溶接することにより固定してもよい。このシート材８１４の端部９ｄ側には、反射筒部６０９の中心軸に対して垂直に延びる複数のつば部８１４ａが設けられており、このつば部８１４ａと固定用部材とを溶接することで反射筒部６０９を固定することができる。また、つば部８１４ａを設けないでシート材８１４と固定用部材との近接部分を溶接することにより反射筒部６０９を固定してもよい。

図１３には、本発明の変形例として、ステム７０３Ｃ、発光筒部７０３Ａ、及び導光筒部７０３Ｂが光軸と同軸上に配置された重水素ランプとしての光源７０１を示す。このような光源７０１では、同一の軸方向からの組上げが可能である。詳細には、反射筒部１０９を、発光部２の固定リング８ｂに固定し一体化した後に、導光筒部７０３Ｂ及び発光筒部７０３Ａが一体化された密封容器７０３内に挿入し、ステム７０３Ｃで密封容器７０３を封止して作製することができる。この反射筒部１０９には、光源６０１の場合と同様に、端部リング６１４が圧入および固定されており、この端部リング６１４と固定リング８ｂとが溶接されることにより、反射筒部１０９が固定されている。同時に、反射筒部１０９には、光源１０１の場合と同様に、その外壁面１０９ｂの出射窓部４側の端部に金属バンド１１２が固定されている。この金属バンド１１２により、導光筒部７０３Ｂと反射筒部１０９との同軸性が高められている。このような固定方法以外に、固定リング８ｂの高さを高くして反射筒部１０９の挿入部分と固定リング８ｂとをネジ加工することによって固定したり、固定リング８ｂにタップ穴を作製して反射筒部１０９を挿入後ビス等で固定する方法であってもよい。

また、光源１，１０１，２０１では、反射筒部９の外壁面９ｂの一部または全体に熱放射膜１０が形成されているが、逆に、外壁面９ｂの発光筒部３Ａ，２０３Ａ側の端部を除く部分に、反射筒部９の素材よりも熱放射率の低い材料を形成してもよい。これにより、相対的に一端側の放熱性が向上し、熱放射膜１０と同様の効果が期待できる。また、反射筒部９，１０９の一端側を構成する金属ブロック部材の材料を、他端側を構成する金属ブロック部材の材料よりも熱放射率の大きい材料で構成しても良い。また、発光筒部３Ａ，２０３Ａ，３０３Ａ，４０３Ａ，５０３Ａとしては、他の発光形態を有するもの、例えばエキシマランプを使用しても良い。

１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１…光源、２，２０２，３０２…発光部、３Ａ，２０３Ａ，３０３Ａ，４０３Ａ，５０３Ａ，６０３Ａ，７０３Ａ…発光筒部（第１の筐体）、３Ｂ，２０３Ｂ，３０３Ｂ，４０３Ｂ，５０３Ｂ，６０３Ｂ，７０３Ｂ…導光筒部（第２の筐体）、８ｂ，２０５Ａ，３０８Ａ，４０８Ａ，５０８Ｂ…固定リング部材（位置決め部材、固定部材）、９，１０９，６０９…反射筒部（金属部材）、９ａ，６０９ａ…反射面、９ｂ，１０９ｂ，６０９ｂ…外壁面、１２…ばね部材（位置決め部材）、１３…内壁面、１１２…金属バンド（位置決め部材）。

Claims

光を発生させる発光部を収容する第１の筐体と、
一端側が前記第１の筐体に接続されて、前記発光部から発生した前記光を、他端側に設けられた出射窓部に導く第２の筐体と、
前記第２の筐体の前記出射窓部と、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを接続する部位との間に挿入固定され、内壁面が前記光を反射する反射面に形成された筒状の金属部材と、
を備えることを特徴とする光源。
前記金属部材の外壁面と、前記第２の筐体の内壁面とは離間している、
ことを特徴とする請求項１記載の光源。
前記金属部材の前記第１の筐体側の前記反射面は、テーパー状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光源。
前記金属部材の位置決めのための位置決め部材がさらに設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源。
前記位置決め部材は、
前記金属部材を前記第２の筐体の前記他端側から前記一端側に付勢するばね部材と、
前記ばね部材によって付勢された前記金属部材が押し当てられる固定部材とを含む、
ことを特徴とする請求項４記載の光源。
前記位置決め部材は、
前記第１の筐体と前記第２の筐体との間を接続する接続部材上に設けられている、
ことを特徴とする請求項４記載の光源。