JPH08279644A - パルスレーザ装置用放電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気アシスト回路のリセットを簡単な回路に
より、リセットのための直流電源やタイミング回路を省
略することのできるパルスレーザ装置用放電回路を提供
すること。 【構成】 高圧電源１に接続され磁気アシスト回路１３
を構成する可飽和リアクトル４を介して充電されるメイ
ンコンデンサ５と、メインコンデンサ５にサイラトロン
３及び可飽和リアクトル４を介して接続されメインコン
デンサ５の放電により充電されるピーキングコンデンサ
８が並列接続された放電ギャップ９とからなり、ピーキ
ングコンデンサ８の一部の放電電流をダイオード６を介
して取り出し、この取り出した電流により可飽和リアク
トル４をリセットするようにした構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザ装置用放
電回路に関するものであり、特に磁気アシスト回路の可
飽和リアクトルのリセットに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、パルスレーザ装置用放電回路（以
下、「パルス放電回路」という。）は、図２に示すよう
に、高圧電源１と、この高圧電源１のプラス側に保護抵
抗２を介して接続された可飽和リアクトル４と、可飽和
リアクトル４と直列に接続されたメインコンデンサ５
と、メインコンデンサ５に並列に接続し、その他端を高
圧電源１のマイナス側に接続した充電用リアクトル７
と、ピーキングコンデンサ８及び一対の主放電電極１０
ａ、１０ｂからなるレーザを発生させるための放電ギャ
ップ９と、保護抵抗２と可飽和リアクトル４との間から
高圧電源１のマイナス側に接続されている高速スイッチ
ング素子であるサイラトロン３が接続されている。

【０００３】このような接続状態からなるパルス放電回
路の動作は、先ずサイラトロン３がオンしていない時
は、高圧電源１のプラス側から保護抵抗２、可飽和リア
クトル４、メインコンデンサ５、充電用リアクトル７、
高圧電源１のマイナス側との閉ループが形成され、メイ
ンコンデンサ５が充電される。

【０００４】メインコンデンサ５が充電された後に、サ
イラトロン３のグリッドに電圧を印加してオンさせる
と、メインコンデンサ５に蓄えられている電荷を導通状
態のサイラトロン３を介してピーキングコンデンサの方
向に電流Ｉ_１が流れ、メインコンデンサ５に蓄えられて
いる電荷がピーキングコンデンサ８に移行する。

【０００５】この時、サイラトロン３の保護やパワー損
失の低減の目的でサイラトロン３が導電状態に落ち着く
まで可飽和リアクトル４により電流の流れを遅らせてい
る。これは、磁気アシスト回路と呼ばれる周知技術の回
路動作であり、可飽和リアクトル４に電流が流れてか
ら、ある時間経過後に可飽和リアクトル４が飽和し、こ
れによりインダクタンスが急激に下がってサイラトロン
３に大電流を流すという可飽和リアクトル４の作用を利
用する回路構成となっている。

【０００６】磁気アシスト回路を構成する可飽和リアク
トル４のヒステリシス曲線は、図３に示すように、初期
の動作点ａ点から少しずつ電流が流れるとｂ点に達し、
インダクタンスの急激な低下により大電流が流れる。そ
の後電流は何度かヒステリシス曲線をたどりながら次第
に減少してゼロになる。この時、可飽和リアクトル４の
残留磁束はヒステリシス曲線内のＨ＝０の何れかの点上
にある。

【０００７】したがって、可飽和リアクトル４の高イン
ダクタンス状態を常に安定して有効に使用するには、磁
性体を動作方向とは逆向きに飽和させておく（ｃ点）、
所謂リセット動作を行う必要がある。

【０００８】図４は、リセットを行うために可飽和リア
クトル４にスイッチ１２を設けたリセット回路の要部を
示したものであり、可飽和リアクトル４の動作方向とは
逆方向に飽和させるために、スイッチ１２をオンさせて
直流電源１１を供給し、逆向きに飽和させておくことに
より可飽和リアクトル４の動作を安定させている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のようにして可飽和リアクトルをリセットするに
は、可飽和リアクトルのリセット方向に電流を流すため
のに別途直流電源を必要とし、また、スイッチを同期的
に動作させる複雑なタイミング回路も必要とし、リセッ
トを図るための回路が大掛かりであるという問題点があ
った。

【００１０】本発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、磁気アシスト回路のリセットを簡単な回路により、
リセットのための直流電源やタイミング回路を省略する
ことのできるパルスレーザ装置用放電回路を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、高
圧電源に接続され可飽和リアクトルを介して充電される
メインコンデンサと、前記メインコンデンサに高速スイ
ッチング素子及び前記可飽和リアクトルを介して接続さ
れ前記メインコンデンサの放電により充電されるピーキ
ングコンデンサが並列接続された放電ギャップと、前記
可飽和リアクトルに前記ピーキングコンデンサの一部の
放電電流により動作方向とは逆向きに飽和させるリセッ
ト回路とを設けたことを特徴とするパルスレーザ装置用
放電回路とすることにより達成される。

【００１２】

【作用】本発明の上記構成によれば、高速スイッチング
素子、例えばサイラトロンをオン駆動し、ある時間経過
後に可飽和リアクトルが飽和してメインコンデンサに充
電されている電荷がピーキングコンデンサに移行する。
これにより放電ギャップに放電電流が流れ、ピーキング
コンデンサは極性が逆方向の充放電が繰り返される。可
飽和リアクトルのリセットは、このピーキングコンデン
サの放電電流の一部を取り出して可飽和リアクトルに流
すことにより行なわれている。したがって、可飽和リア
クトルをリセットするための別個の直流電源やタイミン
グ回路を準備する必要がなくなり、簡素なパルスレーザ
装置用放電回路が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照にし
て説明する。尚、全図を通じて同一の部分には同一の符
号が付してある。

【００１４】図１は、本発明の実施例のパルスレーザ装
置用放電回路を示す図で、この実施例におけるパルスレ
ーザ装置用放電回路（以下、「パルス放電回路」とい
う。）は、例えば希ガスとハロゲンガスの混合ガス中で
放電を行ない励起することにより生成するエキシマレー
ザ装置等の放電回路であり、基本的には従来技術で説明
した図２の回路構成と同じである。

【００１５】即ち、図１に示すように、パルス放電回路
を形成する回路構成は、高圧電源１と、この高圧電源１
のプラス側に保護抵抗２を介して直列に接続した磁気ア
シスト回路１３と、磁気アシスト回路１３に直列に接続
したメインコンデンサ５と、一端がメインコンデンサ５
に接続され、他端が高圧電源１のマイナス側に接続した
充電用リアクトル７とに構成されるメインコンデンサ５
の充電回路を備えている。

【００１６】また、保護抵抗２と磁気アシスト回路１３
との間と充電用リアクトル７の高圧電源１のマイナス側
とに接続された高速スイッチング素子（この実施例では
サイラトロン）３と、充電用リアクトル７と並列に接続
され、放電ギャップ９内で放電を起こす放電電流を供給
するピーキングコンデンサ８と、ピーキングコンデンサ
８に並列に接続され、レーザ光を発生させる放電ギャッ
プ９を有する一対の主放電電極１０ａ、１０ｂとで構成
されるメインコンデンサ５の放電回路を備えている。

【００１７】そして、磁気アシスト回路１３とメインコ
ンデンサ５とサイラトロン３とに並列に接続したリセッ
ト回路１４とから構成されている。

【００１８】サイラトロン３は、例えば１秒間に数千回
オン／オフする高速スイッチング素子であり、その一端
は可飽和リアクトル４の一端に接続し、その他端は高圧
電源１のマイナス側に接続されている。

【００１９】尚、サイラトロン３のグリッドに電気的パ
ルス信号を印加してスイッチング動作をさせるスイッチ
ング駆動部及び主放電に先立って行われる予備電離放電
用の電極及び回路は省略されている。

【００２０】磁気アシスト回路１３は、可飽和リアクト
ル４から構成されている。可飽和リアクトル４は、リン
グ状の磁性体４ａと、この磁性体４ａに巻回した充放電
用巻線４ｂとからなり、充放電用巻線４ｂの一端がサイ
ラトロン３の一端に接続し、他端がメインコンデンサ５
の一端に接続されている。尚、この可飽和リアクトル４
の動作特性は、図３で示したヒステリシス曲線と同様で
あるのでその説明は省略する。

【００２１】メインコンデンサ５は、高圧電源１からの
高電圧を充放電するものであり、その一端が可飽和リア
クトル４の充放電用巻線４ｂの他端に接続し、その他端
は片方の主放電電極１０ａに接続されている。

【００２２】リセット回路１４は、可飽和リアクトル４
の磁性体４ａに巻回した充放電用巻線４ｂに並列状態で
巻回され、この充放電用巻線４ｂの巻数よりも少ない巻
数のリセット用巻線４ｃと、このリセット用巻線４ｃに
直列に接続されたリセット用高電圧ダイオード６とから
構成されている。

【００２３】リセット用巻線４ｃは、可飽和リアクトル
４の磁性体４ａを有効且つ安定させるために可飽和リア
クトル４の動作方向とは逆方向に電流を流して逆向きに
飽和させるものであり、その一端は高電圧ダイオード６
のカソード側に接続し、その他端は高圧電源１のマイナ
ス側に接続されている。

【００２４】高電圧ダイオード６は、放電ギャップ９側
のインピーダンスよりも高インピーダンス、例えば放電
ギャップ９に数キロアンペアの大電流が流れた場合に、
数アンペアから数十アンペア流れるダイオードであり、
アノード側を主放電電極１０ａ側に接続し、カソード側
をリセット用巻線４ｃの一端に接続されている。

【００２５】このような接続状態からなるパルスレーザ
ー装置の動作は、先ずサイラトロン３がオンしていない
時は、高圧電源１のプラス側から保護抵抗２、磁気アシ
スト回路１３（可飽和リアクトル４）、メインコンデン
サ５、充電用リアクトル７、高圧電源１のマイナス側と
の閉ループが形成され、メインコンデンサ５に充電され
る。

【００２６】メインコンデンサ５に充電された後に、サ
イラトロン３のグリッドに電気的パルス信号からなる電
圧を印加してオンすると、メインコンデンサ５に蓄えら
れている電荷をサイラトロン３を介してピーキングコン
デンサ８側に電流Ｉ_１を流す体制ができる。この時、サ
イラトロン３の導通状態を安定させるため、磁気アシス
ト回路１３を形成する可飽和リアクトル４が飽和した後
に、メインコンデンサ５に蓄えられている電荷がピーキ
ングコンデンサ８に遅れて移行する。

【００２７】このピーキングコンデンサ８の充電によっ
て一対の主放電電極１０ａ、１０ｂの電圧が放電開始電
圧に達すると、ピーキングコンデンサ８に蓄積した電荷
は主放電電極１０ａ、１０ｂの放電ギャップ９に流れ
（電流Ｉ_２）パルス放電が形成され、レーザー媒質が励
起されレーザー発振が生じる。

【００２８】一方、ピーキングコンデンサ８に蓄積した
電荷は、放電ギャップ９側に流れる放電電流Ｉ２と共
に、その一部の電流Ｉ_３はリセット回路１４の高電圧ダ
イオード６側に流れる。この高電圧ダイオード６側に流
れた一部の電流Ｉ_３は、可飽和リアクトル４の磁性体４
ａに巻いてあるリセット用巻線４ｃに流れる。即ち、可
飽和リアクトル４の動作方向とは逆向きに飽和させるこ
とができる（図３のｃ点）。いわゆる可飽和リアクトル
４を自動的にリセットしたことになる。

【００２９】ここで、高電圧ダイオード６側のインピー
ダンスは放電ギャップ９側よりもかなり大きいので、電
流は可飽和リアクトル４をリセットするのに充分な数ア
ンペアから数十アンペアのみ流れ（電流Ｉ_３）、放電ギ
ャップ９側には数キロアンペアの大電流（電流Ｉ_２）が
流れる。従って、放電ギャップ９での放電動作及び可飽
和リアクトル４のリセット動作に支障を及ぼすことはな
い。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明に係るパルスレーザ
装置用放電回路によれば、放電ギャップに流れる電流の
一部を利用して磁気アシスト回路を形成する可飽和リア
クトルのリセットを行なうようにしているので、磁気ア
シスト回路を形成する可飽和リアクトルのリセットのた
めの直流電源やスイッチを省略しても、そのリセットが
容易に且つ自動的に行なうことができるという極めて優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のパルスレーザー装置用放電回
路図である。

【図２】従来のパルスレーザー装置用放電回路図であ
る。

【図３】磁気アシスト回路を形成する可飽和リアクトル
の磁気特性を示したヒステリシス曲線図である。

【図４】図３に示す可飽和リアクトルのリセット回路図
である。

【符号の説明】

１ 高圧電源 ２ 保護抵抗 ３ サイラトロン ４ 可飽和リアクトル ４ａ 磁性体（リング状） ４ｂ 充放電用巻線 ４ｃ リセット用巻線 ５ メインコンデンサ ６ 高電圧ダイオード ７ 充電用リアクトル ８ ピーキングコンデンサ ９ 放電ギャップ １０ａ、１０ｂ 主放電電極 １３ 磁気アシスト回路 １４ リセット回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧電源に接続され可飽和リアクトルを
   介して充電されるメインコンデンサと、前記メインコン
   デンサに高速スイッチング素子及び前記可飽和リアクト
   ルを介して接続され前記メインコンデンサの放電により
   充電されるピーキングコンデンサが並列接続された放電
   ギャップと、前記可飽和リアクトルに前記ピーキングコ
   ンデンサの一部の放電電流により動作方向とは逆向きに
   飽和させるリセット回路とを設けたことを特徴とするパ
   ルスレーザ装置用放電回路。