JPH0624267B2 - グロ−放電検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はグロー放電検出方式に関し、特に放電管の内部
においてグロー放電を行うことによりレーザガスを励起
する横方向励起型レーザ装置のグロー放電検出方式に関
する。

従来技術 レーザ発振器の出力を検知するには、レーザ共振器の出
力鏡から実際に出力されたレーザ光または全反射鏡から
洩れ出る光を検知する方法が最も確実である。

しかしながら、ＴＥＡＣＯ_２レーザや放電励起希ガスハ
ライド系エキシマレーザなどの短パルス発振器の出力を
検知することは、レーザの発振波長が遠赤外領域または
真空紫外領域付近にあるため、安価で、小型で、取扱い
が簡単で、高感度で、信頼性の高い適当な受光素子がな
いことから生ずる制限がある。

また、出力鏡からビームスプリッタなどを用いて検知す
ることは、光学系の複雑化やコスト増大化あるいは信頼
性の低下につながり、現在のところあまり得策ではある
とはいえない。

これらの理由から、従来、レーザ発振器の出力を検知す
る方法としては、直接レーザ出力光を検知するのではな
く、放電管中のレーザガス媒体に注入されるグロー放電
の放電状態を検知する方法がとられている。

主放電であるグロー放電を検知する方法としては、レー
ザ放電管の中にフォトダイオードなどの受光素子を入れ
て、直接にグロー放電において生じた可視光を検知する
か、あるいは、間接的な方法として、放電回路中に挿入
された放電電流検知用のピックアップコイルなどで検知
するのが普通である。

このような従来のグロー放電を検知する方法の中で、フ
ォトダイオードなどによる方法は、放電管内部から光が
生じたか、生じないかの判断しかできない。すなわち、
主放電において閃光をともなう有害無益なアーク放電が
生じても、正常な主放電（グロー放電）が生じたとしか
識別できない。

この方法には、グロー放電とアーク放電との識別を光の
強弱によって判断するという方法も考えられるが、グロ
ー放電から生ずる光もレーザガスの混合比やガス圧など
によっても変化があるだけでなく、主放電電極間で生ず
るアーキングもあり、またグロー放電に混じって生ずる
小規模なアーキングもあるため、光の強弱のみで判断す
るには困難な面が多く、非実用的である。

さらに、現在最も普及しているＵＶ光予備電離による容
量移行型のＴＥレーザ装置においては、アーク装置によ
りストレージキャパシタからキーピングキャパシタに容
量が移行する際に同時にＵＶ光が発生するため、このと
きの予備電離のためのアーク放電の光または散乱光をグ
ロー放電から生じた光と取違える可能性も大きい。

したがって、フォトダイオードなどの受光素子を用いる
方法では、主放電電極間においてグロー放電から生じた
光のみを検知することは非常に困難である。

また、ピックアップコイルなどを用いる方法でも、ピッ
クアップコイルに電流が流れでたかどうか、すなわち、
放電の有無を判断するのは簡単であるが、フォトダイオ
ードなどの受光素子を用いる方法と同様に、その電流が
グロー放電によるものか、アーク放電によるものかを識
別するのは困難である。

このように、従来のグロー放電を検知する方法では主放
電電極間に放電があるかないかの判断しかできず、正常
なグロー放電があったかどうかを正確に把握することが
できないという欠点があった。

発明の目的 本発明は上記のような従来のものの欠点を除去すべくな
されたもので、正常なグロー放電があったかどうかを正
確に把握することができるグロー放電検出方式の提供を
目的とする。

発明の構成 本発明によるグロー放電検出方式は、放電管の内部にお
いてグロー放電を行うことによりレーザガスを励起する
横方向励起型レーザ装置のグロー放電検出方式であっ
て、前記放電管内の放電領域を通過するようにプロープ
光を出射するプローブ光出射手段と、前記プローブ光出
射手段により出射され、前記放電領域を通過した前記プ
ローブ光を受光する受光手段とを有し、前記プローブ光
を複数とし、この複数のプローブ光を前記放電領域を通
過せしめて複数の前記受光手段により夫々受光し、この
複数の受光手段による各検出信号の変化を測定すること
によって前記グロー放電の放電状態を識別するようにし
たことを特徴とする。

実施例 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図において、本発明の一実施例のレーザ共振器は、プロ
ーブ光源１と、コリメータレンズ（ビームエキスパン
ダ）２と、ビームスプリッタ４-1〜3 と、全反射鏡５
と、プローブ光検知器６-1〜4 と、集光レンズ７-1〜4
と、アパーチヤ８-1〜4 と、干渉フィルタ９-1〜4 と、
主放電電極１０とにより構成されている。

第２図と第３図とは本発明の原理を説明するための構成
図である。これらの図において、本発明の原理は、プロ
ーブ光３とプローブ光３を受光するプローブ光検知器６
とを夫々一つづつ設けて説明する。

第２図において、レーザ共振器はプローブ光源１と、コ
リメータレンズ２と、プローブ光検知器６と、アパーチ
ャ８と、プローブ光波長を透過させる干渉フィルタ９
と、主放電電極１０，１１と、レーザチェンバ１３とに
より構成され、主放電電極１０，１１間には主放電領域
１２がある。

プローブ光源１としては、Ｈe-Ｎe レーザなどの可視光
の輝度の高い光源が適当である。これはプローブ光検知
器６としての感度が高いものを選べるということから可
視光を用いた方が有利である。しかしながら、光源とし
ての取扱いやすさという点から近赤外光のレーザダイオ
ードあるいはＬＥＤ（発光ダイオード）などでも勿論可
能である。

主放電領域１２のグロー放電の検出は、適当なビーム径
に拡げられたプローブ光３が主放電領域１２を通過する
際、主放電領域１２と未放電領域の屈折率の差により、
第４図に示すプローブ光３ａのように偏向し、プローブ
光３を受光しているプローブ光検知器６の出力信号が変
化することを利用する。

第４図は第２図と第３図とにおけるプローブ光検知器６
から得られる信号の変化を示す図である。図において、
主放電によるプローブ光３の偏向により空間フィルタと
してのアパーチャ８を通ってプローブ光検知器６に入射
される光は小さくなるので、この小さくなる方に変化す
る信号を変化Ｇ-1を測定することにより主放電の状態を
確実に検知することができる。尚、この信号のＳＮ比を
上げるためにプローブ光波長付近だけを通過させる干渉
フィルタ９（バンドパスフィルタ）をプローブ光検知器
６の前に挿入してある。

主放電のグロー放電（正常放電）とアーク放電（異常放
電）とを識別するために、第１図に示すように、プロー
ブ光源１からのプローブ光３をビームスプリッタ４-1〜
3 と全反射鏡５とを用いて複数のプローブ光３-1〜4 と
し、これらを夫々独立に主放電領域１２を通過させ、こ
れら複数のプローブ光３-1〜4 夫々に対応するプローブ
光検知器６-1〜4 で受光するようにする。

このとき、第５図に示すようにプローブ光検知器６-1〜
4 に受光されたプローブ光３-1〜4 のうち少なくとも１
つのプローブ光３-4により信号に変化を生じ、他のプロ
ーブ光３-1〜3 により信号に変化を生じない場合、その
信号に変化のあったプローブ光３-4が通過した所にアー
ク放電が生じた箇所Ａがあることがわかる。これはアー
ク放電が通常、主放電電極１０の１カ所あるいは数カ所
から集中的に生ずるためである。また、正常なグロー放
電の場合には、プローブ光検知器６-1〜4 から得られる
信号はすべて変化する。

第６図はプローブ光３を主放電の長手方向に対して垂直
に入射するように構成した場合を示す構成図、第７図は
第６図のプローブ光検知器６から得られる信号の変化を
示す図である。

このように構成した場合には、主放電のグロー放電が凸
レンズ効果を生ずることを利用している。

すなわち、第２図に示したように、グロー放電は、主放
電電極１０，１１間に垂直に起こるのではなく主放電電
極１０，１１間で若干ふくらむように起こる。その結
果、主放電電極１０，１１間に小さな凸レンズが生じた
ようになり、プローブ光３を受光するプローブ光検知器
６からの信号は第７図に示すように、主放電が生じた所
のみ大きくなる方に変化する。第７図における信号の大
きくなる方への変化Ｇ-2をとらえることによって、正常
な主放電の有無を確実に測定することができる。

第８図は主放電の放電幅を検知するように構成した場合
を示す構成図である。図において、プローブ光３はプロ
ーブ光用反射鏡１６-1〜4 で反射されてプローブ光検知
器６に受光される。ＴＥレーザ装置の主放電電極１０は
主放電電極１０間に印加される電圧によって放電幅が決
定されるが、長時間放電されている間に主放電電極１０
の表面が酸化し、同じ電圧が印加されても放電幅が狭く
なってくる。

この放電幅が小さくなるということは、レーザビームの
幅が小さくなることであるから、マーキング装置などの
光源として用いる場合には、主放電電極１０の酸化によ
る放電幅の変化を是非とも検知する必要がある。

第８図に示すように、主放電電極１０の長手方向にプロ
ーブ光３が通過するように構成することによって、主放
電電極１０間の放電幅の変化を、プローブ光検知器６か
らの信号の変化点のレベルの変化により検知することが
できる。

このような方法で、プローブ光３を主放電電極１０の検
知したい位置に通すことにより放電幅の変化を検知する
ことができる。

第９図は本発明の他の実施例の原理を説明するための構
成図であり、第１図〜第３図と同等部分は同一符号を付
して示してある。図において、本発明の他の実施例で
は、プローブ光源１とプローブ光検知器６とをレーザチ
ェンバ１３の外に設置し、レーザチェンバ１３内の各部
とは光ファイバ１７を用いて接続している。本発明の他
の実施例におけるグロー放電の検知動作を本発明の一実
施例と同様の動作であり、原理も同様である。

ＴＥレーザ装置の場合、レーザチェンバ１３内の主放電
電極１０間には通常２０〜４０ＫＶの高電圧が印加され
る。この高電圧が放電する際、放電の強力なノイズが生
ずるので、レーザチェンバ１３内にプローブ光検知器６
を設置すると、この電気系の配線に大きなノイズがの
り、このノイズと検知されたプローブ光３の受光信号と
の区別が大変困難な場合が多い。

このため、プローブ光検知器６のレーザチェンバ１３外
に設置し、レーザチェンバ１３から離れた、ノイズ電界
強度の小さなところで測定する方法が望ましい。

そこで、第９図に示すように、本発明の他の実施例で
は、光ファイバ１７のようにファイバ光学系を用いるこ
とで、放電時のノイズを排除している。これは光のファ
イバ１７を用いることで、簡単に実現できる。

本発明の他の実施例では、主放電電極１０の放電時のノ
イズを排除することによって、グロー放電をより正確に
検知することを可能としている。また、図において、プ
ローブ光３とプローブ光検知器６とを夫々１つ図示した
が第１図に示すように複数設けるものとする。

このように、主放電電極１０，１１間のグロー放電から
発する光を直接検知するのではなく、主放電とは全く独
立した複数のプローブ光３-1〜4 が主放電によって変調
されることを利用して、主放電の状態を複数のプローブ
光３-1〜4 夫々により検知することにより、プローブ光
３の通過箇所の放電状態を検知することができる。ま
た、プローブ光３を主放電電極１０，１１間に多重反射
させたときは空間的に広い領域を検知することができ
る。

さらに、主放電電極１０，１１の長手方向に沿ってプロ
ーブ光３を出射することによって、主放電の放電幅の検
知にも利用することができる利点がある。

ファイバ光学系を用いてプローブ光検知器６を放電管外
部に設置した場合には、プローブ光３の受光信号の変化
を雑音の少ない状態で測定でき、従来のような主放電の
光を直接測定する検知法に比べて検出の信頼性の格段に
向上させることができる。

尚、本発明の一実施例および他の実施例は、ＴＥＡＣＯ
_２レーザやエキシマレーザのような大気圧以上でパルス
発振させる横方向励起型レーザについて述べたが、低ガ
ス圧でＣＷあるいはパルス発振させる３軸直交形のＴＥ
型レーザについても適用することができる。さらに、プ
ローブ光源１は１つとして説明したが、プロープ光源１
を複数設けてもよく、これらに限定されない。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、複数のプローブ光
を夫々放電管の放電領域を通過せしめて、これら複数の
プローブ光夫々に対応する受光手段に受光させ、これら
の受光手段の夫々の受光信号の変化を測定することで放
電管内のグロー放電の放電状態を識別するようにするこ
とによって、正常なグロー放電があったかどうかを正確
に把握することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図と第３
図とは本発明の原理を説明するための構成図、第４図は
第２図と第３図とにおけるプローブ光検知器から得られ
る信号の変化を示す図、第５図は第１図において複数の
プローブ光検知器から得られる夫々の信号の変化を示す
図、第６図はプローブ光を主放電の長手方向に対して垂
直に入射するように構成した場合を示す構成図、第７図
は第６図のプローブ光検知器から得られる信号の変化を
示す図、第８図は主放電の放電幅を検知するように構成
した場合を示す構成図、第９図は本発明の他の実施例の
原理を説明するための構成図である。 主要部分の符号の説明 １……プローブ光源 ３，３-1〜4,３ａ……プローブ光 ４-1〜3 ……ビームスプリッタ ５……全反射鏡 ６，６-1〜4 ……プローブ光検知器 １７……光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電管の内部においてグロー放電を行うこ
   とによりレーザガスを励起する横方向励起型レーザ装置
   のグロー放電検出方式であって、前記放電管内の放電領
   域を通過するようにプローブ光を出射するプローブ光出
   射手段と、前記プローブ光出射手段により出射され、前
   記放電領域を通過した前記プローブ光を受光する受光手
   段とを有し、前記プローブ光を複数とし、この複数のプ
   ローブ光を前記放電領域を通過せしめて複数の前記受光
   手段により夫々受光し、この複数の受光手段による各検
   出信号の変化を測定することによって前記グロー放電の
   放電状態を識別するようにしたことを特徴とするグロー
   放電検出方式。