JP6707467B2 - レーザ駆動シールドビームランプ - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、より詳細には、高輝度アークランプに関する。

高輝度アークランプは、高輝度ビームを放射する装置である。このランプは、一般に、ガスを含むチャンバ、例えばガラス球であって、チャンバ内のガス（イオン化媒体）を励起するために使用される陽極及び陰極を備えるチャンバを含む。陽極と陰極との間で放電を発生させ、励起された（例えば、イオン化された）ガスに電力を供給し、光源の動作中、イオン化ガスによって放射された光を維持する。

図１は、低ワット数で放物線型の先行技術のキセノンランプ１００の透視図及び断面を示す。このランプは、一般に金属及びセラミックから構成される。充填ガスであるキセノンは不活性かつ無毒である。ランプサブアセンブリは、アセンブリを厳しい寸法公差に抑える取付具内に高温ろう付けによって構成されてもよい。図２は、ろう付け後のこれらのランプサブアセンブリ及び取付具のうちのいくつかを示す。

先行技術のランプ１００には、３つの主なサブアセンブリ、すなわち、陰極、陽極及び反射器がある。陰極アセンブリ３ａは、ランプ陰極３ｂと、陰極３ｂを窓フランジ３ｃに保持する複数の支柱と、窓３ｄと、ゲッタ３ｅと、を含む。ランプ陰極３ｂは、例えばトリエーテッドタングステンからなる、小さい鉛筆形状の部分である。動作中に、陰極３ｂは、ランプアークギャップを横切って移動して陽極３ｇに当たる電子を放射する。電子は陰極３ｂから熱電子放出され、そのため、陰極先端部は、機能するために高温及び低電子放出を維持しなければならない。

陰極支柱３ｃは、陰極３ｂを適所に強固に保持し、陰極３ｂに電流を流す。ランプ窓３ｄは、研削及び研磨された単結晶サファイア（ＡｌＯ２）であってもよい。サファイアは、広い動作温度範囲にわたって気密封止が維持されるように、窓３ｄの熱膨張をフランジ３ｃのフランジ熱膨張と一致させることができる。サファイアの熱伝導性によって、ランプのフランジ３ｃに熱が輸送され、窓３ｄが割れないようにその熱が均一に分配される。ゲッタ３ｅは、陰極３ｂに巻き付けられ、支柱上に配置される。ゲッタ３ｅは、動作中にランプ内で発生する汚染ガスを吸収して、汚染物質が陰極３ｂを汚染し、かつ不要物質を反射器３ｋ及び窓３ｄ上に輸送するのを防ぐことによってランプ寿命を延ばす。陽極アセンブリ３ｆは、陽極３ｇと、ベース３ｈと、チューブ３ｉからなる。陽極３ｇは、一般に純タングステンから構成され、形状は陰極３ｂよりはるかに鈍い。この形状は主に、アークにその正の電気取付点で広がるようにさせる放電物理的現象の結果である。アークは、典型的には幾分円錐形状であり、円錐の先端が陰極３ｂに触れ、円錐の底部が陽極３ｇ上にある。陽極３ｇは、陰極３ｂより大きく、より多くの熱を伝導する。ランプ中の伝導される廃熱の約８０％が陽極３ｇを通って外に伝導され、２０％が陰極３ｂを通って伝導される。陽極は、一般にランプヒートシンクへのより低い熱抵抗の経路を有するように構成され、そのため、ランプベース３ｈは比較的大きく重い。ベース３ｈは、ランプ陽極３ｇからの熱負荷を伝導するために、鉄又は他の熱伝導性材料から構成される。チューブ３ｉは、ランプ１００を排気し、それにキセノンガスを充填するためのポートである。充填後、タブレーション３ｉは、例えば油圧工具で挟持され、又は冷間溶接されて封止され、そのため、ランプ１００は同時に封止され、充填及び加工ステーションから切り離される。反射器アセンブリ３ｊは、反射器３ｋ及び２つのスリーブ３ｌからなる。反射器３ｋは、反射器に鏡面を与えるために高温材料で光沢が付けられている、ほぼ純粋なアルミナ多結晶体であってもよい。次いで、反射器３ｋはそのスリーブ３ｌに封止され、光沢の付いた内面に反射コーティングが塗布される。

動作中、陽極及び陰極は、陽極と陰極との間に配置されたイオン化ガスに送られる放電のために、非常に熱くなる。例えば、点火されたキセノンプラズマは１５，０００Ｃ以上で燃える場合があり、タングステン陽極／陰極は３６００℃以上で融解する場合がある。陽極及び／又は陰極は、粒子を摩耗し、放出し得る。そのような粒子は、ランプの動作を阻害し、陽極及び／又は陰極の劣化を引き起こし得る。

１つの先行技術のシールドランプが、バブルランプとして知られており、これは、２つのアームを備えたガラスランプである。このランプは、湾曲面を備えたガラスバブルを有し、イオン化媒体を維持する。外部レーザは、２つの電極間で集束するビームをランプ内に照射する。イオン化媒体は、例えば、紫外線点火源、容量性点火源、誘導性点火源、フラッシュランプ又はパルスランプを使用して、点火される。点火後、レーザはプラズマを発生させて、プラズマの熱／エネルギーレベルを維持する。残念ながら、湾曲したランプ面は、レーザのビームを歪める。ビームの歪みによって、焦点領域がはっきりと画定されなくなる。この歪みは、レーザとランプの湾曲面との間に光学部品を挿入することによって部分的に補正され得るが、そのような光学部品は、ランプのコスト及び複雑さを高め、さらに、精密に集束したビームが得られなくなる。したがって、上記の欠点の１つ又は複数に対応する必要がある。

本発明の実施形態は、レーザ駆動シールドビームランプを提供する。簡潔に言えば、本発明は、シールド高輝度照明装置を対象とする。本装置は、レーザ光源からレーザビームを受けるように構成される。本装置は、イオン化媒体を含むように構成された密閉チャンバを有する。チャンバは、レーザビームをチャンバ内に入射させるように構成された、一体型反射チャンバ内面の壁内に配置された実質的に平坦な入射窓と、プラズマ維持領域と、プラズマ点火領域と、チャンバから高輝度光を放射するように構成された高輝度光出射窓とを有する。チャンバは、プラズマ維持領域からの高輝度光を出射窓に反射するように構成された一体型反射チャンバ内面を有する。レーザ光源からレンズ及び入射窓を通りレンズ焦点領域へのレーザビームの直接的な経路が存在する。

本発明の他のシステム、方法及び特徴は、以下の図面及び詳細な説明を検討すれば、当業者に明らかであるか、又は明らかになるであろう。そのようなすべての追加のシステム、方法及び特徴は、この説明に含まれ、本発明の範囲内であり、また添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書内に組み込まれてその一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示しており、説明と併せて本発明の主役の説明に役立つ。

先行技術の高輝度ランプの概略分解図である。 先行技術の高輝度ランプの概略断面図である。 レーザ駆動シールドビームランプの第１の例示的実施形態の概略図である。 電極を備えたレーザ駆動シールドビームランプの第１の例示的実施形態の概略図である。 第１焦点領域を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の概略図である。 第２焦点領域を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の概略図である。 点火位置にある任意選択の反射器を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の概略図である。 維持位置にある任意選択の反射器を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の概略図である。 第１焦点領域を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の変形例の概略図である。 第２焦点領域を示す、レーザ駆動シールドビームランプの第２の例示的実施形態の変形例の概略図である。 レーザ駆動シールドビームランプの第３の例示的実施形態の概略図である。 レーザ駆動シールドビームランプの第４の例示的実施形態の概略図である。 側面覗き窓を有する、レーザ駆動シールドビームランプの第５の例示的実施形態の概略図である。 第２面から見た、図７Ａの第５実施形態の概略図である。 第３面から見た、図７Ａの第５実施形態の概略図である。 シールドビームランプを操作するための第１の例示的方法のフローチャートである。 点火電極のないシールドビームランプを操作するための第２の例示的方法のフローチャートである。 レーザ駆動シールドビームランプ用フィードバック制御システムの概略図である。 本発明の機能を実行するためのシステムの一例を示す概略図である。 楕円内部反射器を備えたレーザ駆動シールドビームランプの第６の例示的実施形態の概略図である。 反射器アークから統合ライトガイドもしくはファイバ、又はそれらの両方上への結像が１：１である、デュアル放物線型ランプ構成の第７の実施形態の概略図である。 反射器アークから統合ライトガイドもしくはファイバ、又はそれらの両方上への結像が１：１である、デュアル放物線型ランプ構成の第８実施形態の概略図である。 図１４Ａに示すデュアル放物線型ランプの第８実施形態の概略図である。

以下の定義は、本明細書に開示する実施形態の特徴に適用される用語の解釈に役立ち、本開示内の要素を定義することのみが意図される。

本開示内で使用される場合、平行光とは、光線が平行であり、そのため、伝播する際の広がりが最小である光である。

本開示内で使用される場合、レンズとは、それを透過する光を方向転換／再成形する光学要素を指す。対照的に、ミラー又は反射器は、ミラー又は反射器から反射された光を方向転換／再成形する。

本開示内で使用される場合、直接的な経路とは、例えばミラーによって反射されていない光ビーム又は光ビームの一部の経路を指す。レンズ又は平坦な窓を透過する光ビームは、直接的と考えられる。

本開示内で使用される場合、「実質的に」とは、「極めて近い」又は通常の製造公差内を意味する。例えば、実質的に平坦な窓とは、設計によって平坦であることが意図されるが、製造によるばらつきに基づいて完全な平坦とは異なる場合がある。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面及び説明では同じ参照番号を使用して、同一又は同様の部分を参照する。

図３Ａは、レーザ駆動シールドビームランプ３００の第１の例示的実施形態を示す。ランプ３００は、イオン化媒体、例えば、それらに限定されないが、キセノン、アルゴン又はクリプトンガスを含むように構成された密閉チャンバ３２０を含む。チャンバ３２０は一般に、例えば２０バール〜６０バールの範囲の圧力レベルに加圧される。対照的に、キセノン「バブル」ランプは、典型的には２０バールである。より高い圧力ではプラズマスポットがより小さくなり得、このことは、小さい開口、例えばファイバ開口に結合するのに有利であり得る。チャンバ３２０は、高輝度出射光３２９を放射するための出射窓３２８を有する。出射窓３２８は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されてもよく、特定の波長を反射するように反射材料でコーティングされてもよい。反射コーティングは、レーザビーム波長がランプ３００から出るのを阻止し、及び／又は、ＵＶエネルギーがランプ３００から出るのを防ぐ。反射コーティングは、可視光などの特定の範囲の波長を透過させるように構成されてもよい。

出射窓３２８はまた、意図する波長の光線の透過率を高めるためにコーティングされた反射防止を有してもよい。これは、例えばランプ３００によって放射される出射光３２９から不要な波長をフィルタリングするための部分反射又はスペクトル反射であってもよい。入射レーザ光３６５の波長をチャンバ３２０内に戻るように反射する出射窓３２８コーティングは、チャンバ３２０内のプラズマを維持するのに必要なエネルギー量を低下させ得る。

チャンバ３２０は、金属、サファイア、又はガラス、例えば石英ガラスから形成された本体を有してもよい。チャンバ３２０は、高輝度光を出射窓３２８の方に反射するように構成された一体型反射チャンバ内面３２４を有する。内面３２４は、出射窓３２８の方に反射される高輝度光の量を最大にするのに適切な形状、例えば、可能な形状の中で特に放物線又は楕円の形状に合わせて形成されてもよい。一般に、内面３２４は焦点３２２を有し、焦点３２２には、内面３２４が適正量の高輝度光を反射するように高輝度光が配置される。

ランプ３００によって出力される高輝度出射光３２９は、チャンバ３２０内の点火され励起されたイオン化媒体から形成されたプラズマによって放射される。イオン化媒体は、チャンバ３２０内のプラズマ点火領域３２１で、以下でさらに説明するようないくつかの手段のうちの１つによって、チャンバ３２０内で点火される。例えば、プラズマ点火領域３２１は、チャンバ３２０内の１対の点火電極（図示せず）間に配置されてもよい。プラズマは、ランプ３００内かつチャンバ３２０の外部に配置されたレーザ光源３６０が生成した入射レーザ光３６５により供給されるエネルギーによって、チャンバ３２０内のプラズマ発生及び／又は維持領域３２６で連続的に発生し、維持される。第１実施形態では、プラズマ維持領域３２６及びプラズマ点火領域３２１は、固定された場所にある内面３２４の焦点３２２と同一場所に配置される。代替実施形態では、レーザ光源３６０は、ランプ３００の外部にあってもよい。

チャンバ３２０は、内面３２４の壁内に配置された実質的に平坦な入射窓３３０を有する。実質的に平坦な入射窓３３０は、特に、湾曲したチャンバ面を透過する光搬送と比較して、歪みが最小又はない状態で、入射レーザ光３６５をチャンバ３２０内に搬送する。入射窓３３０は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されてもよい。

チャンバ内のレンズ焦点領域３７２に入射レーザ光３６５を集束させるように構成されたレンズ３７０が、レーザ光源３６０と入射窓３３０との間の経路に配置される。例えば、レンズ３７０は、レーザ光源３６０によって放射された平行レーザ光３６２を、レンズ焦点領域３７２に方向付けるように構成されてもよい。あるいは、レーザ光源３６０は、例えば入射レーザ光３６５を集束させるためにレーザ光源３６０内で光学部品を使用して、レーザ光源３６０と入射窓３３０との間のレンズ３７０を用いずに、集束した光を提供し、集束した入射レーザ光３６５を入射窓３３０を通してチャンバ３２０内に直接伝送してもよい。第１実施形態では、レンズ焦点領域３７２は、プラズマ維持領域３２６、プラズマ点火領域３２１及び内面３２４の焦点３２２と同一場所に配置される。

図３Ｂに示すように、１対の点火電極３９０、３９１が、プラズマ点火領域３２１に近接して配置されてもよい。図３Ａに戻ると、入射窓３３０の内面及び／又は外面は、プラズマによって発生した高輝度出射光３２９を反射すると同時に、入射レーザ光３６５のチャンバ３２０内への透過を可能にするように処理されてもよい。

レーザ光がチャンバに入るチャンバ３２０の部分をチャンバ３２０の近位端と呼び、一方、高輝度光がチャンバから出るチャンバ３２０の部分をチャンバ３２０の遠位端と呼ぶ。例えば、第１実施形態では、入射窓３３０はチャンバ３２０の近位端に配置され、一方、出射窓３２８はチャンバ３２０の遠位端に配置される。

チャンバ３２０内には、凸面双曲線反射器３８０が任意選択で位置付けされてもよい。反射器３８０は、プラズマ維持領域３２６でプラズマによって放射されたいくらか又はすべての高輝度出射光３２９を内面３２４の方に戻るように反射し、また、入射レーザ光３６５の吸収されていないいずれの部分も内面３２４の方に戻るように反射してもよい。反射器３８０は、出射窓３２８から所望のパターンの高輝度出射光３２９を供給するように、内面３２４の形状に合わせて形作られてもよい。例えば、放物線状内面３２４は、双曲線状反射器３８０と対をなしてもよい。反射器３８０は、チャンバ３２０の壁に支持された支柱（図示せず）によってチャンバ３２０内に固定されてもよく、あるいは、支柱（図示せず）は出射窓３２８構造に支持されてもよい。反射器３８０はまた、高輝度出射光３２９が出射窓３２８を通って直接出るのを防ぐ。プラズマ焦点を過ぎたレーザビームを複数回反射することによって、反射器３８０、内面３２４及び出射窓３２８上の適切に選択されたコーティングによってレーザ波長を減衰させる十分な機会が与えられる。そのため、レーザ３６０に戻るように反射されるレーザ光を最小にすることができるため、高輝度出射光３２９中のレーザエネルギーも最小にすることができる。レーザ３６０に戻るように反射されるレーザ光を最小にし得ることにより、レーザビームがチャンバ３２０内で干渉する場合の不安定性が最小となる。

反射器３８０を、好ましくは内面３２４の逆プロフィールで使用することで、波長にかかわらず、確実に光子は直接的な線放射によって出射窓３２８から出ない。代わりに、すべての光子は、波長にかかわらず、内面３２４から跳ね返って出射窓３２８から出る。これによって、確実にすべての光子は、反射器光学部品の開口数（ＮＡ）に含まれ、そのため、出射窓３２８を通って出た後に、最適に収集することができる。吸収されていないＩＲエネルギーは、内面３２４の方に分散し、この場合、このエネルギーは、熱の影響を最小にするため広い面にわたって吸収され、又は、内面３２４によって吸収又は反射されるように内面３２４の方に反射されてもよく、あるいは、透過するように出射窓３２８の方に反射され、さらに反射光学部品又は吸収光学部品で完全に処理されてもよい。

レーザ光源３６０は、単一のレーザ、例えば単一の赤外線（ＩＲ）レーザダイオードであってもよく、又は２つ以上のレーザ、例えばＩＲレーザダイオードのスタックを含んでもよい。レーザ光源３６０の波長は、イオン化媒体、例えばキセノンガスを最適に励起するように、近ＩＲから中ＩＲ領域にあるように選択されることが好ましい。遠ＩＲ光源３６０もまた可能である。ガスの吸収帯とより良好に結合するために、複数のＩＲ波長が適用されてもよい。言うまでもなく、他のレーザ光による解決策も可能であるが、因子の中で特に、コスト因子、熱放射、寸法又はエネルギー要件のために望ましくない場合がある。

１０ｎｍの強い吸収線内でイオン化ガスを励起するのが好ましいと一般に教示されているが、これは、蛍光プラズマではなく熱プラズマを生成する場合には必要でないことに留意すべきである。したがって、フランク−コンドンの原理は必ずしも適用されない。例えば、イオン化ガスは、非常に弱い吸収線から１４ｎｍ離れた１０７０ｎｍの励起ＣＷであってもよい（１％点、例えば２０％点で９７９．９ｎｍの吸収線である９８０ｎｍの放射の蛍光プラズマを使用するランプより一般に２０倍弱い。しかしながら、この波長の近くに既知の吸収線がなくても、１０．６μｍレーザは、キセノンプラズマに点火することができる。特に、キセノン中でレーザプラズマに点火し、それを維持するためにＣＯ₂レーザを使用することができる。例えば、米国特許第３，９００，８０３号を参照されたい。

レーザ光源３６０からレンズ３７０及び入射窓３３０を通りチャンバ３２０内のレンズ焦点領域３７２へのレーザ光３６２、３６５の経路は直接的である。レンズ３７０は、チャンバ３２０内のレンズ焦点領域３７２の場所を変更するために調整されてもよい。例えば、図１０に示すように、コントローラ１０２０が、電子又は電気／機械集束システムなどの集束機構１０２４を制御してもよい。あるいは、コントローラ１０２０は、レーザ光源３６０に一体化された集束機構を制御してもよい。コントローラ１０２０は、レンズ焦点領域４７２が内面３２４の焦点３２２と確実に一致し、その結果、プラズマ維持領域３２６が安定で、最適に配置されるようレンズ焦点領域４７２を調整するために使用されてもよい。

コントローラ１０２０は、重力及び／又は磁場などの力が存在する状態で、レンズ焦点領域４７２の所望の場所を維持してもよい。コントローラ１０２０は、変化を補償するように焦点領域及び／又はプラズマアークを安定させておくために、フィードバック機構を組み込んでもよい。コントローラ１０２０は、例えばカメラなどの追跡装置１０２２を使用して、プラズマ点火領域４２１の場所を監視してもよい。後に説明するように、カメラ１０２２は、密閉チャンバ３２０の壁内に配置された平坦な監視窓１０１０からプラズマの場所を監視してもよい。コントローラ１０２０はさらに、以下に説明するように、焦点の場所を現在の場所と所望の場所との間で、それに対応して、プラズマの場所を例えば点火領域と維持領域との間で追跡及び調整するために使用されてもよい。追跡装置１０２２は、コントローラにプラズマの位置／寸法／形状を与え、次にプラズマの位置／寸法／形状を調整するように集束機構を制御する。コントローラ１０２０は、１軸、２軸又は３軸において集点範囲の場所を調整するために使用されてもよい。さらに以下に説明するように、コントローラ１０２０は、コンピュータによって実施されてもよい。

図４Ａ〜図４Ｂに示すレーザ駆動シールドビームランプ４００の第２の例示的実施形態では、プラズマ維持領域３２６及びプラズマ点火領域４２１は、チャンバ３２０の離れた部分に別々に配置される。図３の要素と数が同じである図４Ａ〜図４Ｂの要素は、第１実施形態の上記の説明によって説明されると理解される。

１対の点火電極４９０、４９１は、プラズマ点火領域４２１に近接して配置される。レンズ３７０は、レンズ焦点領域４７２が点火電極４９０、４９１間のプラズマ点火領域４２１と一致するように、例えば制御システム（図示せず）によって点火位置に位置付けされる。プラズマ点火領域４２１は、例えば、出射窓３２８の近くにあるチャンバ３２０の遠位端に配置され、点火電極４９０、４９１によって引き起こされるシャドーイング及び／又は光損失を最小にしてもよい。例えば点火電極４９０、４９１に通電することによってプラズマが点火された後、レンズ３７０は、レンズ焦点領域４７２の位置を調整することでプラズマ維持位置に徐々に移動させてもよく（図４Ａの点線による外形で示す）、そのため、プラズマは、チャンバ内面３２４の焦点３２２に引き戻され、その結果、プラズマ維持領域３２６は安定しており、チャンバ３２０の近位端に最適に配置され、高輝度光出力が最大となる。例えば、レンズ３７０は、レーザ光焦点場所を調整するために機械的に移動させてもよい。

プラズマ維持領域３２６を点火領域４２１から遠隔に配置することによって、光出力のシャドーイングを最小にするように点火電極４９０、４９１を配置することができ、同時に、点火電極４９０、４９１をプラズマ放電から適度な距離だけ離しておくことができる。これによって、プラズマ中において入射窓３３０窓及び出射窓３２８上への電極物質の蒸発を確実に最小にし、その結果、ランプ４００のより長い実用寿命が達成される。点火電極４９０、４９１に対するプラズマからの距離を増加させることも、プラズマによって発生するガスの乱れによる点火電極４９０、４９１への干渉が減少し得るため、プラズマを安定させる助けとなる。

図４Ｃ及び図４Ｄは、任意選択の反射器３８０を組み込む第２実施形態の実施態様を示す。反射器３８０は、図４Ｃに示す点火位置と、図４Ｄに示す維持位置との間で再配置されてもよい。反射器３８０は、入射窓３３０からプラズマ点火領域４２１への集束した入射レーザ光３６５の経路から外れた点火位置に配置されてもよい。例えば、反射器３８０は、図４Ｄに示す維持位置から、図４Ｃに示すようなチャンバ内面３２４の壁により近い点火位置まで、枢動又は後退（移動）させてもよい。

あるいは、反射器３８０は、レンズ焦点領域３７２が調整される際、維持位置に静止させたままであってもよい。そのような実施形態では、点火電極４９０、４９１の場所は、チャンバ３２０の遠位端よりチャンバ３２０の近位端に近くてもよい。

図４Ｅ及び図４Ｆは、レーザ光源３６０と実質的に平坦な入射窓３３０との間のレンズ３７０（図４Ａ）でレーザ光３６２の焦点領域４７２を変更するのではなく、レーザ光源３６０内の光学部品を使用して、レーザ光３６２の焦点領域４７２が調整される第２実施形態の変形例を示す。実質的に平坦な入射窓３３０は、レーザ光源３６０内の内部光学部品が、外部レンズ３６０を用いずにレーザ光３６２の焦点領域４７２の寸法及び場所を十分に制御することを可能にし得るが、先行技術では、湾曲した入射窓のレンズ効果により、外部レンズ３６０の使用が必要となっている場合がある。

図５は、レーザ駆動シールドビームランプ５００の第３の例示的実施形態を示す。ランプ５００は、イオン化媒体、例えばキセノン、アルゴン又はクリプトンガスを含むように構成された密閉チャンバ５２０を含む。チャンバ５２０は一般に、第１実施形態に関して上で説明したように加圧される。チャンバ５２０は、高輝度出射光３２９を放射するための出射窓３２８を有する。出射窓３２８は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されてもよく、特定の波長を反射するように反射材料でコーティングされてもよい。これは、例えばランプ５００によって放射される光から不要な波長をフィルタリングするための部分反射又はスペクトル反射であってもよい。入射レーザ光５６５の波長を反射する出射窓３２８上のコーティングは、チャンバ内のプラズマを維持するのに必要なエネルギー量を低下させ得る。

チャンバ５２０は、高輝度光を出射窓３２８の方に反射するように構成された一体型反射チャンバ内面５２４を有する。内面５２４は、出射窓３２８の方に反射される高輝度光の量を最大にするのに適切な形状、例えば、可能な形状の中で特に放物線又は楕円の形状に合わせて形成されてもよい。一般に、内面５２４は焦点３２２を有し、焦点３２２には、内面５２４が適正量の高輝度光を反射するように高輝度光が配置される。ランプ５００によって出力される高輝度光３２９は、チャンバ５２０内の点火され励起されたイオン化媒体から形成されたプラズマによって放射される。イオン化媒体は、上で説明したようないくつかの手段のうちの１つによって、チャンバ５２０内で点火される。

第１実施形態では、チャンバ３２０（図３）は、内面３２４（図３）の壁内に配置された実質的に平坦な入射窓３３０（図３）と、レーザ光源３６０（図３）と入射窓との間の経路に配置されたレンズ３７０（図３）とを有するが、第３実施形態では、入射窓３３０（図３）及びレンズ３７０（図３）の機能は、入射レンズ５３０によって組み合わせて発揮される。

入射レンズ５７０は、レーザ光源５６０とチャンバ５２０内の入射レンズ焦点領域５７２との間の経路に配置される。例えば、入射レンズ５７０は、レーザ光源５６０によって放射された平行レーザ光５３２を、入射レンズ焦点領域５７２に方向付けるように構成されてもよい。第３実施形態では、入射レンズ焦点領域５７２は、プラズマ維持領域３２６、プラズマ点火領域３２１及び内面５２４の焦点３２２と同一場所に配置される。入射レンズ５３０の内面及び／又は外面は、プラズマによって発生した高輝度光を反射するのと同時に、レーザ光５６５のチャンバ５２０内への透過を可能にするように処理されてもよい。

ランプ５００は、反射器３８０などの内部特徴及び第１実施形態に関して上で説明したような高輝度出射光経路３２９を含んでもよい。レーザ光源３６０から入射レンズ５３０を通りチャンバ５２０内のレンズ焦点領域５７２へのレーザ光５３２、５６５の経路は直接的である。第３実施形態では、入射レンズ５３０が入射窓の役割を兼ねているため、入射レンズ５３０と密閉チャンバ５２０との間にガラス壁はない。これによって、入射レンズ５３０とプラズマとの間の可能な距離が、先行技術のランプで可能なものより短くなる。そのため、焦点距離がより短いレンズを利用することができる。より短い焦点距離は、より小さいプラズマ領域を生成し、より効率的に小さい開口に結合すべく達成することができる焦点ビーム廃棄プロフィールの範囲に影響を与える。

図６に示すようなレーザ駆動シールドビームランプ６００の第４の例示的実施形態は、密閉チャンバの外側に配置されたレーザからのエネルギーを使用してプラズマが点火される、第１実施形態及び第３実施形態の変形例として説明され得る。第４実施形態では、レーザ光３６２、３６５は、一体型レンズ５３０（図５）又は外部レンズ３７０によって密閉チャンバ内に方向付けられる。チャンバ内のイオン化媒体に点火しやすくするために、チャンバ内の圧力は、さらに以下に説明するように調整されてもよい。

第４実施形態では、レーザ３６０の焦点領域３７２は、固定されていてもよく、又は移動可能であってもよい。例えば、レーザの点火を助けるために電極が使用される場合、第１焦点領域が点火電極（図示せず）間に配置され、第２焦点領域（図示せず）が点火電極（図示せず）から離れて配置され、そのため、燃えているプラズマに点火電極（図示せず）が近接しないように、焦点領域３７２は移動可能であってもよい。この例では、焦点領域３７２が第１焦点領域から第２焦点領域まで移動する間、密閉チャンバ３２０内の圧力を変化（増加又は減少）させてもよい。

別の例では、チャンバ３２０内の圧力は、イオン化媒体が入射レーザ光３６５のみによって点火され得るように調整されてもよく、その結果、点火電極（図示せず）は、チャンバ３２０から省略されてもよく、プラズマ点火及びプラズマ維持／再生成の両方の間、焦点領域は実質的に同じである。

第４実施形態では、動的動作圧力の変化は、密閉チャンバ３２０内で影響を受け、例えば、チャンバ３２０が非常に低い圧力を有する場合、大気圧未満であっても、点火工程を開始する。最初の低い圧力により、イオン化媒体の点火が容易になり、チャンバ３２０の充填圧力を徐々に増加させることによって、圧力上昇に伴ってプラズマがより効率的になり、より明るい光出力を生成する。圧力は、後述するいくつかの手段を使用して、密閉チャンバ３２０内で変化させてもよい。

シールドランプ６００は、排気／充填チャンネル６９２を有する、加圧されたキセノンガスで充填されたリザーバチャンバ６９０を含む。ポンプシステム６９６が、ガス流入充填バルブ６９４を介してリザーバチャンバ６９０をランプチャンバ３２０に接続する。点火時には、ランプチャンバ３２０内のキセノン充填圧力は、第１レベル、例えば大気圧未満レベルに保持される。レーザ３６０が低圧プラズマを形成するキセノンに点火する際、ポンプシステム６９６はランプチャンバ３２０内の圧力を増加させる。ランプ６００内の圧力は、第２圧力レベル、例えば、プラズマから出力される高輝度出射光３２９が所望の輝度に達するレベルまで増加されてもよい。ランプ６００が消灯されると、ポンプシステム６９６は逆転し、ランプチャンバ３２０からのキセノンガスでリザーバチャンバ６９０を充填してもよい。このタイプの圧力システムは、光源が長期間にわたって高輝度レベルで保持されるシステムに有利であり得る。

キセノン高圧リザーバ６９０は、充填チャンネル６９２を介してランプチャンバ３２０に接続されてもよい。圧力を解放するために、排気チャネルには、例えば制御された高圧弁６９８がランプ６００上に設けられてもよい。すべてのキセノンガスを排気してランプ６００内に空気を入れることによってランプ点火が開始し、大気キセノン条件下での点火が確実となる。点火が確立されたら、充填バルブ６９４が開き、ランプチャンバ３２０は、キセノン容器との平衡が達成されるまで、キセノンガスで充填される。

代替実施形態では、金属体反射装置搭載レーザ駆動キセノンランプが、金属体中の冷却チャンネルを介して冷却システム、例えば液体窒素システムに接続される。点火前に、キセノンガスは液化され、ランプの底部に集まる。この工程は、例えば約１分程度の比較的短い時間を要し得る。プラズマ点火は、キセノンに点火する集束レーザビームによって引き起こされ、プラズマによって発生した熱によって、キセノン液体が高圧キセノンガスに変換される。圧力レベルは、いくつかの方法で、例えばランプの低温充填圧力によって決定されてもよい。大気キセノンに対して−１１２℃の温度までキセノンガスを冷却するのに十分ならば、他のタイプの冷却システムも可能である。圧力のより高いキセノンは、−２０℃の温度の液体になり得る。第４実施形態で説明した可変圧力システムは、後述する実施形態と同様に、本明細書の他の実施形態、例えば、一体型レンズを備えた第３実施形態にも適用可能であることに留意すべきである。

図７Ａ〜図７Ｃに示すようなレーザ駆動シールドビームランプ７００の第５の例示的実施形態は、プラズマ点火領域が側窓を介して監視される、先に説明した実施形態の変形例として説明され得る。図７Ａ〜図７Ｃは、レーザと、密閉チャンバ３２０の外部にある光学部品とを省略していることに留意すべきである。

図７Ａは、円筒状ランプ７００の第５実施形態の第１の透視図を示す。２つのアーム７４５、７４６が、密閉チャンバ３２０から外側に突出している。アーム７４５、７４６は、タングステン又はトリエーテッドタングステンなどの点火温度に耐え得る材料からなる１対の電極４９０、４９１を収容し、電極４９０、４９１は、密閉チャンバ３２０の内側に向かって突出し、点火のための電場をチャンバ３２０内に提供する。電極４９０、４９１のための電気接続部がアーム７４５、７４６の端部に設けられる。

先の実施形態（第３実施形態を除く）と同様に、チャンバ３２０は、レーザ源（図示せず）からのレーザ光がチャンバ３２０に入り得る、実質的に平坦な入射窓３３０を有する。同様に、チャンバ３２０は、点火されたプラズマからの高輝度光がチャンバ３２０から出得る、実質的に平坦な出射窓３２８を有する。チャンバ３２０の内部は、反射内面、例えば放物線反射内面を有してもよく、出射窓３２８と電極４９０、４９１との間のチャンバ３２０内に配置された、上で説明した双曲線反射器などの反射器（図示せず）を含んでもよい。

第５実施形態は、密閉チャンバ３２０の側面に覗き窓７１０を含む。覗き窓７１０は、上で説明したように、レーザ焦点場所に一般に対応するプラズマ点火及び／又は維持場所の場所を監視するために使用されてもよい。先に説明したように、コントローラが、これらの点の１つ又は複数を監視し、それに従ってレーザ焦点場所を調整し、重力又は電界及び／もしくは磁界などの外力を補正してもよい。覗き窓７１０はまた、第１位置と第２位置との間、例えば点火位置と維持位置との間でレーザの焦点を再配置するのを助けるために使用されてもよい。一般に、湾曲した窓面と比較して光学歪みを低減し、かつチャンバ３２０内の場所の位置をより正確に視覚的に示すために、覗き窓７１０を実質的に平坦にすることが望ましい。例えば、覗き窓７１０は、サファイアガラス、又は他の適切に透明な材料から形成されてもよい。

図７Ｂは、図７Ａの図を垂直方向に９０度回転させることによって、第５実施形態の第２透視図を示す。制御された高圧弁６９８が、覗き窓７１０に実質的に対向して配置される。しかしながら代替実施形態では、制御された高圧弁６９８は、覗き窓７１０に実質的に対向して配置される必要はなく、チャンバ３２０の壁上の他の場所に配置されてもよい。図７Ｃは、図７Ｂの図を水平方向に９０度回転させることによって、第５実施形態の第２透視図を示す。

第５実施形態では、ランプ７００は、構造にいかなる銅も使用せず、ろう付け材料を含んで、サファイア、又はKovar（商標）としても知られるニッケル−コバルト鉄合金から形成されてもよい。平坦な出射窓３２８は、収差を最小にすることによって、湾曲した出射窓よりもプラズマスポットの結像の品質を向上させる。第５実施形態において、チャンバ３２０内で比較的高い圧力を使用することによって、より小さいプラズマ焦点３２１が得られ、その結果、より小さい開口、例えば光ファイバ出射口への結合が向上する。

第５実施形態では、電極４９０、４９１を破損させるプラズマガスの乱れの影響を最小にするために、電極４９０、４９１は、例えば１ｍｍより大きい、先行技術のシールドランプより大きい距離によって分離されてもよい。電極４９０、４９１は、非対称の電極によって引き起こされるプラズマガスの乱れへの影響を最小にするように、対称に設計されてもよい。

先の実施形態では、光が窓を通って出射するランプを一般に説明してきたが、先の実施形態の他の変形例も可能である。例えば、レーザ光入射窓を備えたシールドランプが、プラズマからの出射高輝度光を、例えば、高輝度光が光ファイバ装置などのライトガイド内に収集される第２焦点まで導いてもよい。

図１２は、楕円内部反射器１２２４を備えたレーザ駆動シールドビームランプ１２００の第６の例示的実施形態の概略図である。先の実施形態と同様に、ランプ１２００は、イオン化媒体を含むように構成された密閉チャンバ１２２０を含む。レーザ光源３６０からのレーザ光３６２、３６５は、レンズ３７０及び入射窓３３０を通ってレンズ焦点領域に方向付けられ、そこでプラズマが形成される。レンズ焦点領域は、楕円内部反射器１２２４の第１焦点領域１２２２と一致する。チャンバ１２２０は、高輝度出射光を第２外部焦点１２２３に放射するための出射窓１２２８を有する。出射窓１２２８は、適切な透明材料、例えば石英ガラス又はサファイアから形成されてもよく、特定の波長を反射するように反射材料でコーティングされてもよい。図示するように、第２出射焦点領域１２２３は、例えば小さい出射窓１２２８を通ってライトガイド１２０２内へ向かうランプ１２００の外側にあってもよい。より小さい寸法の出射窓は、例えば、好ましくは追加の集束光学部品を用いずに、ファイバ、ライトガイド及び統合ロッドに直接結合することを可能にしつつ高価ではないため、より大きい寸法の出射窓より有利であり得る。

図１２はランプ１２２０の外部にある第２焦点領域１２２３を示すが、楕円反射器１２２４からの第２焦点領域１２２３はまた、統合ライトガイドの面に方向付けられたランプ１２００の内部にあってもよい。統合ライトガイドの直径が小さい場合、このライトガイドは「ファイバ」であると考えられ得ることを理解すべきである。

さらに、焦点の形状は、ランプ１２００と共に使用される出射口のタイプに応じて調整されてもよい。例えば、より丸い形状の焦点によって、より小さい出射口（ファイバ）内により多くの光を供給してもよい。一体型楕円反射器１２２４は、平行出射口ではなく焦点領域出射口、例えば、放物線一体型反射器を有するランプを提供するために使用されてもよい。図１２に示していないが、第６実施形態のランプ１２００は、楕円反射器１２２４の開口数（ＮＡ）内の第２焦点にすべての光線が確実に到達するように、例えば第１焦点領域１２２２と第２焦点領域１２２３との間に配置された内部反射器３８０（図５）を任意選択で含んでもよい。

焦点出射領域ランプは、サファイア出射窓を使用するのではなく、小さいファイバ上への焦点の結像が１：１であるデュアル放物線構成として構成されてもよい。図１３は、チャンバ１３２０の内面のアークから統合ライトガイド／ロッド又はファイバ１３０２、それら両方上への結像が１：１である、簡略化したデュアル放物線型ランプ１３００構成を示す第７の例示的実施形態の概略断面図である。入射面１３３０、例えば窓又はレンズは、加圧された密閉チャンバ１３２０内へのレーザ光１３６５の入射を提供する。チャンバ１３２０は、対称構成で構成された第１一体型放物面１３２４及び第２一体型放物面１３２５を含み、その結果、第１一体型放物面１３２４の曲線は、垂直対称軸１３９１を挟んで第２一体型放物面１３２５の曲線と実質的に同じである。しかしながら代替実施形態では、第１一体型放物面１３２４及び第２放物面１３２５は、垂直軸１３９１を挟んで非対称であってもよい。

入射面１３３０は、第１一体型放物面１３２４に関連付けられる。出射面１３２８は、第２一体型放物面１３２５に関連付けられる。出射面１３２８は、例えば、密閉チャンバ１３２０からの高輝度光の出射を提供する、光ファイバなどの導波管１３０２の端部であってもよい。出射面１３２８は、例えば水平対称軸１３９０、又はその近くの第２一体型放物面１３２５から離れて配置されてもよい。

第１焦点領域１３２１は、第１放物面１３２４の焦点に対応し、第２焦点領域１３２２は、第２放物面１３２５の焦点に対応する。レーザ光１３６５は、入射面１３３０を介して加圧された密閉チャンバ１３２０に入り、チャンバ１３２０内の第１焦点１３２１で、励起されたイオン化材料のプラズマにエネルギーを供給するように方向付けられる。プラズマは、実質的に先の実施形態で説明したように点火されてもよい。プラズマは、高輝度光１３２９、例えば可視光を生成し、高輝度光１３２９は、第１一体型放物面１３２４及び第２放物面１３２５によってチャンバ１３２０内で直接的又は間接的に出射面１３２８の方に反射される。出射面１３２８は、第２焦点１３２２と一致してもよい。

第１焦点領域１３２１と第２焦点領域１３２２との間に配置された反射面１３８６を有するミラー１３８０が、チャンバ１３２０内に配置されてもよい。反射面１３８６は、第１放物線反射器１３２４を介して、チャンバ１３２０内の放射の下半部を第１焦点１３２１に戻るよう後方反射するように配向してもよい。ミラー反射面１３８６は、例えば、光を放物線反射面１３２４に戻るように方向付けるために実質的に平坦であってもよく、又は、光を第１焦点領域１３２１に直接方向付けるために湾曲していてもよい。レーザ光１３６５、例えば、スペクトルのＩＲ部分は、第１焦点１３２１に配置されたプラズマにより多くのエネルギーを供給し、一方、プラズマによって生成された高輝度光は、プラズマの薄い不透明なセクションを透過して、第１放物線反射器１３２４の上部上に進み、次いで、ライトガイド又は光ファイバ１３０２の出射面１３２８を通って出射するように第２放物線反射器１３２５によって反射される。

図１３に示すように、入射レーザ光１３６５は、水平対称軸１３９０と平行に配向する入射面１３３０を介してチャンバ１３２０に入ってもよく、出射高輝度光１３２９は、垂直対称軸１３９１と平行に配向する出射窓１３２９を介してチャンバ１３２０から出てもよい。しかしながら代替実施形態では、入射レーザ光１３６５及び／又は出射高輝度光１３２９は、異なる配向を有してもよい。ミラー１３８０の位置及び／又は配向は、入射光１３６５及び／又は出射光１３２９の対応する配向によって変わってもよい。

チャンバ１３２０は、第１一体型放物面１３２４を含む第１セクション１３８１、及び第２一体型放物面１３２５を含む第２セクション１３８２から形成されてもよい。第１セクション１３８１及び第２セクション１３８２は、中心部分１３８３で取り付けられ、封止される。先に説明した追加の要素、例えばガス入口／出口、電極及び／又は側窓がさらに含まれてもよいが、明瞭にするために図示していない。

チャンバ１３２０の内部は、第１一体型放物面１３２４及び第２一体型放物面１３２５を有するとしてみなしてきた。しかしながらチャンバ１３２０の内部は、第１焦点１３２１がプラズマ点火及び／又は維持領域に配置された第１放物線部分１３２４と、第２焦点１３２２が統合ロッド１３０２の出射面１３２８に配置された第２放物線部分１３２５とを有する単一の反射面として考えられてもよい。

デュアル放物線反射器ランプ１３００は、無酸素銅からなることが好ましく、反射面１３２４、１３２５は、厳しい用途での最高精度にダイヤモンド旋削及びダイヤモンド研磨されることが好ましい。チャンバ１３２０内のイオン化媒体に点火する助けとなるために、例えばタングステン及び／又はトリエーテッドタングステンから形成された電極（図示せず）が設けられてもよい。電力レベルは、例えば３５Ｗ〜５０ｋＷの範囲であってもよい。電力範囲の高域でのランプ１３００の実施態様では、追加の冷却要素、例えば水冷要素を含んでもよい。ランプ１３００は、それらに限定されないが、２０バール〜８０バールの範囲の充填圧力を有してもよい。

図１４Ａは、反射器アークから統合ライトガイド１３０２上への結像が１：１のデュアル放物線型ランプ１４００の第８実施形態の概略図である。第８実施形態１４００は、第７実施形態１３００（図１３）に類似している。図１３の要素と同じ要素数を有する図１４の要素は、第７実施形態に関して上で説明したとおりである。

第７実施形態と対照的に第８実施形態では、デュアル放物線型ランプ１４００は、第１一体型放物面１３２４の頂点から入射面１３３０（図１３）を除去する。図１４Ｂに示すように、密閉チャンバ１３２０の四分円（図１３）が除去されてもよく、その結果、第８実施形態におけるデュアル放物線型ランプ１４００の密閉チャンバ１４２０は、ミラー１４８０及び水平平面状封止面１４０３によって封止される。図１４Ａに戻ると、統合ライトガイド１３０２と水平平面状封止面１４０３との間で統合ライトガイドの周りに、チャンバ１４２０の追加シール１４０２が形成されてもよい。平行レーザ光１４６５は、ミラー１４８０の入射面１４３０を通ってチャンバ１４２０に入る。ミラー１４８０は、チャンバ１４２０の外側から平行レーザ光１４６５を入射させ、チャンバ１４２０内で高輝度光及びレーザ光１４６５を反射する。出射面１３２８は、例えば、平面状封止面１４０３が水平対称軸１３９０と平行であり得る平面状封止面１４０３内に、第２一体型放物面１４２５から離れて配置されてもよい。

第１焦点領域１３２１は、第１放物面１３２４の焦点に対応し、第２焦点領域１４２２は、第２放物面１４２５の焦点に対応する。平行レーザ光１４６５は、ミラー１４８０の入射面１４３０を介して加圧された密閉チャンバ１４２０に入り、第１放物面１３２４によって第１焦点１３２１の方に反射される。平行レーザ光１４６５は、第１焦点１３２１で、チャンバ１４２０内の励起されたイオン化材料のプラズマにエネルギーを供給する。プラズマは、実質的に先の実施形態で説明したように点火されてもよい。プラズマは、高輝度光、例えば可視光を生成し、高輝度光は、第１一体型放物面１３２４及び第２放物面１３２５によってチャンバ１４２０内で直接的又は間接的に出射面１３２８の方に反射される。出射面１３２８は、第２焦点１４２２と一致してもよい。

反射面１４８６は、チャンバ１４２０内の放射の下半部を第１焦点１３２１に戻るよう後方反射するように配向してもよい。プラズマによって生成された高輝度光は、プラズマの薄い不透明なセクションを透過して、第１放物線反射器１３２４の上部上に進み、次いで、ライトガイド又は光ファイバ１３０２の出射面１３２８を通って出るように第２放物線反射器１４２５によって反射される。

チャンバ１３２０は、第１一体型放物面１３２４を含む第１セクション１３８１、及び第２一体型放物面１４２５を含む第２セクション１４８２から形成されてもよい。第１セクション１３８１及び第２セクション１３８２は、中心部分１３８３で取り付けられ、封止されてもよい。追加の要素、例えばガス入口／出口、電極及び／又は側窓がさらに含まれてもよいが、明瞭にするために図示していない。

チャンバ１４２０の内部は、第１一体型放物面１３２４及び第２一体型放物面１４２５を有するとしてみなしてきた。しかしながらチャンバ１４２０の内部は、第１焦点１３２１がプラズマ点火及び／又は維持領域に配置された第１放物線部分１３２４と、第２焦点１４２２が統合ロッド１３０２の出射面１３２８に配置された第２放物線部分１４２５とを有する単一の反射面であってもよい。

第７実施形態と対照的に第８実施形態は、レーザ光入射場所をミラー面１４３０に再配置することにより、湾曲した反射器面１３２４のいかなる穴又は間隙も回避し、それによって、光学システム全体にわたって均質性を維持する。入力光線及び出力光線は直角に交差するが、平行レーザ光入力１３９１は一般にＩＲであり、出力光１３２９が一般に可視及び／又はＮＩＲであるため、干渉はない。拡大され、平行になったレーザビーム１４６５がチャンバ１４２０に入るため、第１放物線反射器１３２４の下半部は、レーザプラズマを発生させるために集束機構として使用される。実際の適用では、拡大され平行になったレーザビーム１４６５は交差してもよいが、出口ファイバ１３０２と相互作用しなくてもよい。例えば図１４Ａに示すように、ファイバガイド１３０２の各側面にレーザビームが存在してもよい。さらに、これらのレーザビーム１４６５の各々は、異なる波長を有してもよい。

デュアル放物線反射器ランプ１４００は、無酸素銅からなることが好ましく、反射面１３２４、１４２５は、厳しい用途での最高精度にダイヤモンド旋削及びダイヤモンド研磨されることが好ましい。チャンバ１４２０内のイオン化媒体に点火する助けとなるために、例えばタングステン及び／又はトリエーテッドタングステンから形成された電極（図示せず）が設けられてもよい。電力レベルは、例えば３５Ｗ〜５０ｋＷの範囲であってもよい。電力範囲の高域でのランプ１４００の実施態様では、追加の冷却要素、例えば水冷要素を含んでもよい。ランプ１４００は、それらに限定されないが、２０バール〜８０バールの範囲の充填圧力を有してもよい。

図１４Ａ〜図１４Ｂは、垂直軸１３９１及び水平軸１３９０に対応する平面で封止されたチャンバ１４２０を示すが、他の封止構成も可能である。例えば、ミラー１４８０は、第２焦点１４２２の方に、もしくはその焦点までさらに延在してもよく、かつ／又は、水平平面状封止面１４０３は、第２焦点１４２２より下に下げられてもよい。代替実施形態では、封止面１４０３は、平面状である必要はなく、水平方向に配向する必要もない。

この配向で操作されるデュアル放物線型ランプ１３００、１４００のさらなる利点は、プラズマプルームが重力方向に一致していることである。これにより、ほぼ円形のプラズマ前面へのコロナプルームの影響が最小になる。

調整可能な焦点で構成されたランプは、放射すべき光のタイプ（波長）に応じて出射するように、一体型反射器システムで焦点位置を最適化することができる。例えば、１：１の結像技術は、プラズマからファイバへの損失のない（又はほとんど損失のない）光伝達を提供し得る。

上で説明した実施形態のうちの１つ又は複数は、必要とされる用途で調整可能なビームプロファイリングを可能にするために、システムの特定のフィードバックループを、調整可能な光学部品と組み合わせてもよい。光学部品は、用途に応じて１軸、２軸又は３軸において調整されてもよい。

図８は、シールドビームランプを操作するための第１例示的方法のフローチャートである。フローチャート内のいかなる工程説明もブロックも、工程中に特定の論理機能を実施するための１つ又は複数の命令を含むモジュール、セグメント、コード部分、又はステップを示すものとして理解すべきであり、代替実施態様は、本発明の当業者によって理解されるであろうように、関係する機能に応じて、実質的に同時に又は逆の順序を含む、示し、又は述べた順序でない順序で機能が実行され得る本発明の範囲内に含まれることに留意すべきである。

本方法で使用され得る例示的ランプを図４Ａ及び図４Ｂに示す。ランプ４００は、密閉チャンバ３２０と、１対の点火電極４９０、４９１と、実質的に平坦なチャンバ入射窓３３０と、チャンバの外側に配置されたレーザ光源３６０と、レーザ光源３６０と入射窓３３０との間のレーザ光３６２の経路に配置されたレンズ３７０とを含む。レンズ３７０は、レーザビームをチャンバ３２０内の１つ又は複数の焦点領域に移動可能に集束させるように構成される。

本方法は、ブロック８１０に示すように、点火電極４９０、４９１間に配置された点火領域４２１と一致する第１焦点領域４７２（図４Ａ）にレーザ光３６２を集束させるようにレンズ３７０を構成するステップを含む。ブロック８２０に示すように、ガス、例えばキセノンガスは、点火領域４２１で、集束した入射レーザ光３６５によって点火される。レンズ３７０は、プラズマ点火領域４２１と同一場所に配置されていないプラズマ維持領域３２６と一致する第２焦点領域４７２（図４Ｂ）まで入射レーザ光３６５の焦点を移動させるように調整される。

図９は、点火電極のないシールドビームランプを操作するための第２例示的方法のフローチャートである。本方法で使用され得る例示的ランプを図６に示す。ランプ６００は、密閉チャンバ３２０と、チャンバの外側に配置されたレーザ光源３６０と、レーザ光源３６０と入射窓３３０との間のレーザ光３６２の経路に配置されたレンズ３７０とを含む。

ランプ６００は、密閉チャンバ３２０と、レーザビーム３６２をチャンバ３２０内の焦点領域４７２に集束させるように構成された、チャンバ３２０の外側に配置されたレーザ光源３６０とを有する。光は、レンズ３７０によって集束してもよく、又は、レンズを使用せずにレーザ光源３６０によって直接集束してもよい。シールドランプ６００は、排気／充填チャンネル６９２を有する、加圧されたキセノンガスで充填されたリザーバチャンバ６９０を含む。ブロック９１０に示すように、チャンバ３２０の圧力は、第１圧力レベルに設定される。ブロック９２０に示すように、チャンバ３２０内のキセノンは、レーザ３６０からの光３６５で点火される。ポンプシステム６９６が、ガス流入充填バルブ６９４を介してリザーバチャンバ６９０をランプチャンバ３２０に接続する。点火時には、ランプチャンバ３２０内のキセノン充填圧力は、第１レベル、例えば大気圧未満レベルで保持される。レーザ３６０が低圧プラズマを形成するキセノンに点火する際、ポンプシステム６９６はランプチャンバ３２０内の圧力を増加させる。ブロック９３０に示すように、ランプ６００内の圧力は、第２圧力レベル、例えば、プラズマから出力される高輝度出射光３２９が所望の輝度に達するレベルまで増加されてもよい。

先に述べたように、上に詳細に説明したコントローラ機能を実行するための本システムは、例を図１１の概略図に示すコンピュータであってもよい。システム１５００は、プロセッサ１５０２と、記憶装置１５０４と、上述の機能を定義するソフトウェア１５０８が格納されたメモリ１５０６と、入出力（Ｉ／Ｏ）装置１５１０（又は周辺機器）と、システム１５００内の通信を可能にするローカルバス又はローカルインタフェース１５１２とを含む。ローカルインタフェース１５１２は、例えば、それらに限定されないが、当技術分野で知られるような１つ又は複数のバス又は他の有線もしくは無線接続部であり得る。ローカルインタフェース１５１２は、通信を可能にするために、コントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ及びレシーバなどの追加の要素を有してもよいが、これらは、簡単にするために省略される。さらに、ローカルインタフェース５１２は、前述の構成要素間の適切な通信を可能にするために、アドレス、制御及び／又はデータ接続を含んでもよい。

プロセッサ１５０２は、特にメモリ１５０６内に格納されたソフトウェアを実行するためのハードウェア装置である。プロセッサ１５０２は、任意の特注又は市販のシングルコア又はマルチコアプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、本システム１５００に関連付けられたいくつかのプロセッサの中の補助プロセッサ、半導体ベースのマイクロプロセッサ（マイクロチップ又はチップセットの形態の）、マクロプロセッサ、又はソフトウェア命令を実行するための一般に任意の装置であり得る。

メモリ１５０６は、揮発性メモリ素子（例えばランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭなどのＲＡＭ））及び不揮発性メモリ素子（例えばＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭなど）のうちのいずれか１つ又はそれらの組合せを含み得る。さらにメモリ１５０６は、電子、磁気、光学及び／又は他のタイプの記憶媒体を組み込んでもよい。メモリ１５０６は、分散型アーキテクチャを有することができ、この場合、様々な構成要素が互いに遠く離れて位置しているが、プロセッサ１５０２によってアクセスされ得ることに留意されたい。

ソフトウェア５０８は、本発明によるシステム１５００によって実行される機能を定義する。メモリ１５０６内のソフトウェア１５０８は、１つ又は複数の別個のプログラムを含んでもよく、その各々は、以下に説明するような、システム１５００の論理機能を実施するための実行可能な命令の順序付けされたリストを含む。メモリ１５０６は、オペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）１５２０を含んでもよい。オペレーティングシステムは、システム５００内でのプログラムの実行を本質的に制御し、スケジューリング、入出力制御、ファイル及びデータ管理、メモリ管理、ならびに、通信制御及び関連サービスを提供する。

Ｉ／Ｏ装置１５１０は、例えば、それらに限定されないが、キーボード、マウス、スキャナ、マイクロホンなどの入力装置を含んでもよい。さらにＩ／Ｏ装置１５１０はまた、例えば、それらに限定されないが、プリンタ、ディスプレイなどの出力装置を含んでもよい。最後に、Ｉ／Ｏ装置１５１０は、入力部及び出力部の両方を介して通信する装置、例えば、それらに限定されないが、変調器／復調器（モデム；別の装置、システム又はネットワークとのアクセス用）、無線周波数（ＲＦ）もしくは他のトランシーバ、電話インタフェース、ブリッジ、ルータ、又は他の装置をさらに含み得る。

システム１５００が動作中の場合には、上で説明したように、プロセッサ１５０２は、メモリ１５０６内に格納されたソフトウェア１５０８を実行し、メモリ１５０６との間でデータを通信し、ソフトウェア１５０８に従ってシステム１５００の動作を一般的に制御するように構成される。

システム１５００の機能が動作中の場合には、プロセッサ１５０２は、メモリ１５０６内に格納されたソフトウェア１５０８を実行し、メモリ１５０６との間でデータを通信し、ソフトウェア１５０８に従ってシステム１５００の動作を一般的に制御するように構成される。オペレーティングシステム１５２０は、プロセッサ１５０２によって読み取られ、おそらくプロセッサ１５０２内にバッファされ、次いで実行される。

システム１５００がソフトウェア１５０８内で実施される場合には、システム１５００を実施するための命令は、任意のコンピュータ関連の装置、システムもしくは方法によって、又はそれと接続して使用するための任意のコンピュータ読取可能媒体上に記憶され得ることに留意すべきである。そのようなコンピュータ読取可能媒体は、実施形態によっては、メモリ１５０６もしくは記憶装置１５０４のどちらか、又はそれらの両方に対応してもよい。本明細書では、コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータ関連の装置、システムもしくは方法によって、又はそれと接続して使用するためのコンピュータプログラムを含み、又は記憶することができる電子、磁気、光学、又は他の物理デバイス又は手段である。システムを実施するための命令は、プロセッサもしくは他のそのような命令実行システム、機器もしくは装置によって、又はそれと接続して使用するための任意のコンピュータ読取可能媒体で具体化することができる。プロセッサ１５０２は例として述べてきたが、そのような命令実行システム、機器又は装置は、実施形態によっては、任意のコンピュータベースシステム、プロセッサを含むシステム、又は他の、命令実行システム、機器もしくは装置から命令をフェッチし、命令を実行することができるシステムであってもよい。本明細書では、「コンピュータ読取可能媒体」は、プロセッサもしくは他のそのような命令実行システム、機器もしくは装置によって、又はそれと接続して使用するためのプログラムを記憶、通信、伝播、又は伝送することができる任意の手段であり得る。

そのようなコンピュータ読取可能媒体は、例えば、それらに限定されないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、機器、装置又は伝播媒体であり得る。コンピュータ読取可能媒体のより具体的な例（非包括的なリスト）としては、１つ又は複数のワイヤを有する電気接続部（電子）、ポータブルコンピュータディスケット（磁気）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（電子）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）（電子）、消去可能プログラマブル読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）（電子）、光ファイバ（光学）及びポータブルコンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）（光学）が挙げられるであろう。プログラムは、例えば紙又は他の媒体の光学走査によって電子的に取り込み、次いで、コンパイル、解釈、又は必要であれば他の方法で適切に処理し、次いでコンピュータメモリに記憶することができるため、コンピュータ読取可能媒体は、その上にプログラムが印刷される紙又は別の適切な媒体でもあり得るであろうことに留意されたい。

システム１５００がハードウェア内で実施される代替実施形態では、システム１５００は、それぞれ当技術分野でよく知られている、データ信号で論理機能を実施するための論理ゲートを有する個別の論理回路、適切な組合せ論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの技術のいずれか、又はそれらの組合せで実施することができる。

要約すると、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明の構造に対して様々な修正及び変更を行い得ることは当業者に明らかである。前述を考慮して、本発明は、この発明の修正及び変更が、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にあるならば、同修正及び変更を包含することが意図される。

Claims (25)

1. レーザ光源（３６０）からレーザビーム（３６２、３６５、１３６５）を受けるように構成されたシールド高輝度照明装置（３００、４００、１２００、１３００）であって、
   イオン化媒体を含むように構成された密閉チャンバ（３２０、１２２０、１３２０）であって、
   焦点領域（３２２、１２２２、１３２１）を有する一体型反射チャンバ内面（３２４）と、
   前記レーザビームを前記チャンバ内に入射させるように構成された、前記一体型反射チャンバ内面の壁内に配置された実質的に平坦な入射窓（３３０）と、
   プラズマ維持領域（３２６）と、
   プラズマ点火領域（３２１）と、
   前記チャンバから高輝度光（３２９、１３２９）を放射するように構成された高輝度光出射窓（３２８、１２２８、１３２８）と、をさらに備えるチャンバを備え、
   前記一体型反射チャンバ内面が、前記プラズマ維持領域からの高輝度光を前記出射窓に反射するように構成され、前記レーザ光源から前記入射窓を通り前記焦点領域への前記レーザビームの経路が直接的である、シールド高輝度照明装置。
2. 前記レーザビームを前記チャンバ内のレンズ焦点領域（３７２）に集束させるように構成された、前記レーザ光源と前記入射窓との間の前記経路に配置されたレンズ（３７０）をさらに備える、請求項１に記載のシールド高輝度照明装置。
3. 前記密閉チャンバ本体が、石英、サファイア及び金属からなる群から選択される、請求項１又は２に記載のシールド高輝度照明装置。
4. 前記密閉チャンバ本体が、ニッケル−コバルト鉄合金を含む、請求項１又は２に記載のシールド高輝度照明装置。
5. 前記密閉チャンバ本体が銅を含まない、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
6. 前記反射内面が、前記レーザビームの波長に対して実質的に透過性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
7. 前記プラズマ維持領域及び前記プラズマ点火領域が、第１電極（３９０、４９０）と第２電極（３９１、４９１）との間で同一場所に配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
8. 前記第１電極及び前記第２電極の形状が実質的に対称である、請求項７に記載のシールド高輝度照明装置。
9. 前記第１電極及び前記第２電極が、１ｍｍを超える間隙によって分離される、請求項７に記載のシールド高輝度照明装置。
10. 前記イオン化媒体が、キセノンガス、アルゴンガス及びクリプトンガスからなる群から選択される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
11. 前記プラズマ維持領域と前記出射窓との間に配置された、前記チャンバ内に配置された反射器（３８０）をさらに備え、前記反射器が、前記プラズマ維持領域からの高輝度光を前記一体型反射チャンバ内面の方に反射するように構成され、前記反射器が、前記プラズマ維持領域から前記出射窓への光の直接的な透過を防ぐように構成される、請求項１〜７及び１０のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
12. 前記一体型反射チャンバ内面が、前記プラズマ維持領域と一致する放物線焦点を有する実質的に放物線の輪郭を備え、
    前記反射器が、凸面かつ実質的に双曲線の輪郭を備える、請求項１１に記載のシールド高輝度照明装置。
13. 前記入射窓及び前記出射窓が、前記密閉チャンバの実質的に対向する端部に配置される、請求項１〜７及び１０〜１２のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
14. 前記密閉チャンバの外部に配置され、レーザ光ビームを前記密閉チャンバ内に直接方向付けるように構成された前記レーザ光源（３６０）をさらに備える、請求項１〜７及び１０〜１３のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
15. 前記一体型反射チャンバ内面（１２２４）が、前記プラズマ維持領域と一致する第１楕円焦点（１２２２）と、前記出射窓（１２２８）と一致する第２楕円焦点（１２２３）とを有する実質的に楕円の輪郭を備える、請求項１〜７及び１０〜１２のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
16. 前記一体型反射チャンバ（１３２０）内面が、
    前記プラズマ維持領域及び前記焦点領域と一致する第１放物線焦点（１３２１）を有する第１実質的に放物線の輪郭（１３２４）と、
    前記出射窓（１３２８）と一致する第２放物線焦点（１３２２）を有する第２の実質的に放物線の輪郭（１３２５）と、
    前記第１放物線輪郭を介して前記第１放物線焦点からの高輝度光を前記第１放物線焦点に反射するように構成された、前記チャンバ内に配置されたミラー（１３８０）と、をさらに備え、
    前記第２放物線輪郭が、前記第１放物線輪郭からの光を前記第２放物線焦点に反射するように構成される、請求項１に記載のシールド高輝度照明装置。
17. 前記第１放物線輪郭及び前記第２放物線輪郭が、前記第１放物線焦点から前記第２放物線焦点への１：１の結像を提供するように配置される、請求項１６に記載のシールド高輝度照明装置。
18. 前記出射窓が、ライトガイド又はファイバ（１３０２）の前記入射面に対応する、請求項１７に記載のシールド高輝度照明装置。
19. レーザ光源（５６０）からレーザビームを受けるように構成されたシールド高輝度照明装置（５００）であって、
    イオン化媒体を含むように構成された密閉チャンバ（５２０）であって、
    前記レーザビームを前記チャンバ内のレンズ焦点領域（５７２）に集束させるように構成された、一体型反射チャンバ内面（５２４）の壁内に配置された入射レンズ（５３０）と、
    前記レンズ焦点領域に対応するプラズマ維持領域（３２６）と、
    前記チャンバから高輝度光を放射するように構成された高輝度光出射窓（３２８）と、
    前記プラズマ維持領域からの高輝度光（３２９）を前記出射窓に反射するように構成された一体型反射チャンバ内面（５２４）と、
    前記プラズマ維持領域と前記出射窓との間に配置された、前記チャンバ内に配置された反射器（３８０）であって、前記プラズマ維持領域からの高輝度光を前記一体型反射チャンバ内面の方に反射するように構成された反射器と、をさらに備えるチャンバを備え、
    前記レーザ光源から前記入射窓を通り前記チャンバ内の焦点領域への前記レーザビームの経路が直接的であり、前記反射器が、前記プラズマ維持領域から前記出射窓への光の直接的な透過を防ぐように構成される、シールド高輝度照明装置。
20. 前記一体型反射チャンバ内面が、前記プラズマ維持領域と一致する放物線焦点を有する実質的に放物線の輪郭を備える、請求項１９に記載のシールド高輝度照明装置。
21. 前記反射器が、凸面かつ実質的に双曲線の輪郭を備える、請求項１９又は２０に記載のシールド高輝度照明装置。
22. 前記密閉チャンバの外部に配置され、レーザ光ビーム（５３２）を前記密閉チャンバ内に直接方向付けるように構成された前記レーザ光源（５６０）をさらに備える、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載のシールド高輝度照明装置。
23. レーザ光源からレーザビーム（１４６５）を受けるように構成されたシールド高輝度照明装置（１４００）であって、
    イオン化媒体を含むように構成された密閉チャンバ（１４２０）であって、
    プラズマ維持領域（１３２１）と、
    プラズマ点火領域と、
    前記チャンバから高輝度光（１３２９）を放射するように構成された高輝度光出射窓（１３２８）と、
    一体型反射チャンバ内面であって、
    前記プラズマ維持領域と一致する第１放物線焦点（１３２１）を有する第１の実質的に放物線の輪郭（１３２４）、及び
    前記出射窓と一致する第２放物線焦点（１４２２）を有する第２の実質的に放物線の輪郭（１４２５）をさらに備える一体型反射チャンバ内面と、
    前記第１放物線輪郭からの放射線を前記第１放物線輪郭の方に反射するように構成された第１面（１４８６）、及び、前記チャンバの外側から前記第１放物線輪郭の方への平行レーザ光を前記チャンバ内に入射させるように構成された第２面（１４３０）を含む、前記チャンバ内に配置されたミラー（１４８０）と、をさらに備えるチャンバを備え、
    前記第２放物線輪郭が、前記第１放物線輪郭からの光を前記第２放物線焦点に反射するように構成される、
    高輝度照明装置。
24. 前記第１放物線輪郭及び前記第２放物線輪郭が、前記第１放物線焦点から前記第２放物線焦点への１：１の結像を提供するように配置される、請求項２３に記載のシールド高輝度照明装置。
25. 前記出射窓が、ライトガイド又はファイバ（１３０２）の前記入射面に対応する、請求項２３又は２４に記載のシールド高輝度照明装置。

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