JPH065639B2 - Light source - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ランプの透光性部材の歪変化を動的に検出
しうる光源装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light source device capable of dynamically detecting a change in strain of a translucent member of a lamp.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超高圧水銀灯、ハロゲンランプ、レーザ管等、多くのラ
ンプでは、その動作時において、管球内圧が上昇した
り、あるいは電極と封体ガラスのシール部での熱膨張に
より歪が増大することがある。このため、動作中のラン
プの破裂は皆無とは言えない。In many lamps such as ultra-high pressure mercury lamps, halogen lamps, and laser tubes, the internal pressure of the bulb may rise during operation, or the strain may increase due to thermal expansion at the seal between the electrode and the sealing glass. . Therefore, it cannot be said that there is no explosion of the lamp during operation.

ところで、セナルモン補償法等を利用した従来の歪計で
は、被測定情報は背景光の影響を大きく受け、動作中の
ランプの動的歪をリアルタイムで検出することは不可能
に近かつた。By the way, in the conventional strainmeter using the Senarmont compensation method or the like, the information to be measured is greatly influenced by the background light, and it is almost impossible to detect the dynamic strain of the operating lamp in real time.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

このように、従来の歪計では、ランプの透光性材料の歪
変化を動的に検出することが困難なために、超高圧水銀
灯、ハロゲンランプ等の破裂を未然に防ぐことができな
かつた。特に半導体製造装置における光源ランプとして
用いる場合には、ランプの破裂は、極めて高価な半導体
製造装置を損傷することになるので、重要な問題となつ
ている。As described above, in the conventional strain gauge, since it is difficult to dynamically detect the strain change of the translucent material of the lamp, it is impossible to prevent the burst of the ultra-high pressure mercury lamp, the halogen lamp, etc. . In particular, when used as a light source lamp in a semiconductor manufacturing apparatus, the rupture of the lamp is a serious problem because it damages an extremely expensive semiconductor manufacturing apparatus.

この発明は、こうした問題点に鑑みて、動作中のランプ
の透光性材料の歪変化を動的に検出し、ランプの破裂を
未然に防止することを目的とするものである。In view of these problems, an object of the present invention is to dynamically detect a change in strain of the translucent material of the lamp during operation and prevent the lamp from exploding.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この目的を達成するために、この発明では、光を用い
て、動作中のランプの透光性部材の歪変化を検出し、そ
の歪が所定値以上になると、自動的にランプ電源を切断
するか、ランプへの電気入力を減少するか、もしくは警
報器を作動させる。In order to achieve this object, in the present invention, light is used to detect a change in strain of a transparent member of an operating lamp, and when the strain exceeds a predetermined value, the lamp power is automatically cut off. Or reduce the electrical input to the lamp or activate the alarm.

また、透光性部材に周波数の異なる２光波を透過させた
際に生ずる光ビート信号が、透光性部材の歪に基づく光
弾性効果により、位相のずれを生ずることを利用して、
透光性部材の歪量を検出する。Further, by utilizing the fact that the optical beat signal generated when two light waves having different frequencies are transmitted through the transparent member causes a phase shift due to the photoelastic effect based on the distortion of the transparent member,
The amount of strain of the translucent member is detected.

〔作用〕[Action]

このようにすると、動作中のランプの透光性部材に歪が
生じた場合に、歪を非接触で検出できるばかりでなく、
もし歪があらかじめ設定した危険レベルに達したときに
は、ランプ電源を切断する等により、ランプの破裂を未
然に防ぐことが可能となる。In this way, when distortion occurs in the translucent member of the operating lamp, the distortion can be detected without contact, and
If the distortion reaches a preset danger level, the lamp can be prevented from bursting by turning off the lamp power supply or the like.

また、歪検出部については、もし透光性部材に歪が生じ
ない場合には、透光性部材は光学的に等方性物質と見做
すことができるので、透光性部材を通過したことによつ
て光ビート信号の位相がずれることはない。この場合、
光学的歪は０と求められる。一方、ランプに電気入力を
加えると、発熱により金属とガラスの膨張率差に帰因す
る歪がシール部に発生するが、この応力による光弾性効
果により、その方向によつて屈折率が異なつてくる。こ
のため光ビームは直交成分の各々で光路長が異なつてく
る。従つて、検出された光ビート信号は透光性部材透過
前の２光波のビート信号との間に位相のずれを生じ、こ
のずれが透光性部材の歪量に対応する検出出力となる。Further, regarding the strain detection unit, if no strain occurs in the translucent member, the translucent member can be regarded as an optically isotropic substance, and thus the translucent member is passed through. Therefore, the phase of the optical beat signal does not shift. in this case,
The optical distortion is required to be 0. On the other hand, when an electric input is applied to the lamp, heat is generated and strain is generated in the seal part due to the difference in expansion coefficient between metal and glass.However, due to the photoelastic effect due to this stress, the refractive index varies depending on the direction. come. Therefore, the light beam has different optical path lengths for the respective orthogonal components. Therefore, the detected optical beat signal causes a phase shift with respect to the beat signals of the two light waves before passing through the transparent member, and this shift becomes a detection output corresponding to the distortion amount of the transparent member.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は、この発明による光源装置の最も好ましい実施
例の概略を示す図、第２図は光源部の一例を示す図であ
る。ここで、１は波長安定化横ゼーマンレーザ（ＳＴＺ
Ｌ）、２は光源部、３は偏光子、４はレンズ、５はＮＤ
フイルタ、６は光検出器、７は位相計、８は位相計７の
出力を基準設定レベルと比較するコンパレータ、９はコ
ンパレータ８の出力により動作する警報器又は光源用電
源切断装置等である。また、光源部として第２図に示し
たものは、フオトエツチング用露光光源部であり、ここ
で、２１はキセノンシヨートアークランプ等からなる光
源、２２は光源２１からの光を集光する凹面鏡、２３は
平面鏡、２４はインテグレータ、２５は平面鏡、２６は
レンズ、２７は照度補正フイルタである。FIG. 1 is a diagram showing an outline of the most preferable embodiment of a light source device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a light source unit. Here, 1 is a wavelength stabilized lateral Zeeman laser (STZ
L), 2 is a light source unit, 3 is a polarizer, 4 is a lens, and 5 is ND.
A filter, 6 is a photodetector, 7 is a phase meter, 8 is a comparator for comparing the output of the phase meter 7 with a reference set level, 9 is an alarm device operated by the output of the comparator 8 or a light source power source disconnecting device. The light source shown in FIG. 2 is an exposure light source for photo-etching, where 21 is a light source including a xenon shutter arc lamp and the like, 22 is a concave mirror for collecting light from the light source 21, Reference numeral 23 is a plane mirror, 24 is an integrator, 25 is a plane mirror, 26 is a lens, and 27 is an illuminance correction filter.

次に、この光源装置の動作について説明する。光源部２
については、光源２１から放射された光は、凹面鏡２２
により集光され、平面鏡２３を介してインテグレータ２
４に入射される。インテグレータ２４からの光は、平面
鏡２５を介してレンズ２６により集光され、露光すべき
被写体に投写される。Next, the operation of this light source device will be described. Light source 2
As for the light emitted from the light source 21, the concave mirror 22
Is collected by the integrator 2 via the plane mirror 23.
It is incident on 4. The light from the integrator 24 is condensed by the lens 26 via the plane mirror 25 and projected onto the subject to be exposed.

この光源部２における光源２１の要所に、ＳＴＺＬ１か
ら放射されたレーザビームが照射される。光源２１を透
過したレーザビームは、偏光子３を介してレンズ４で集
光され、光検出器６に入射される。なお、ＮＤフイルタ
５は光検出器６の利得の飽和を防ぐ減衰器として機能す
る。光検出器６で検波、増幅された光ビート信号は、位
相計７に入力される。一方、ＳＴＺＬ１それ自体による
光ビート信号は、ＳＴＺＬ１のレーザ管後部からの漏れ
光を本体内蔵の光検出器で受光することによつて得られ
るが、この光ビート信号も位相計７に参照信号として入
力される。これら２つの光ビート信号の位相差は、ＤＣ
電圧に変換され、出力される。このＤＣ出力は、コンパ
レータ８に入力され、あらかじめ設定された基準電圧と
比較される。この基準電圧値は、警報を発するか、もし
くは光源電源を切断する等を決定する値であり、このコ
ンパレータ９の出力により、警報が発せられたり、光源
電源を切断したり等される。A laser beam emitted from the STZL 1 is applied to the essential part of the light source 21 in the light source unit 2. The laser beam transmitted through the light source 21 is condensed by the lens 4 via the polarizer 3 and is incident on the photodetector 6. The ND filter 5 functions as an attenuator that prevents saturation of the gain of the photodetector 6. The optical beat signal detected and amplified by the photodetector 6 is input to the phase meter 7. On the other hand, the optical beat signal by the STZL1 itself is obtained by receiving the leaked light from the rear part of the laser tube of the STZL1 by the photodetector built in the main body, and this optical beat signal is also used as a reference signal to the phase meter 7. Is entered. The phase difference between these two optical beat signals is DC
Converted to voltage and output. This DC output is input to the comparator 8 and compared with a preset reference voltage. This reference voltage value is a value that determines whether an alarm is issued or the light source power supply is cut off, and the output of the comparator 9 gives an alarm or cuts off the light source power supply.

〔理論的考察〕[Theoretical consideration]

第１図に示されるような複数個の光学素子を光波が通過
する場合の解析には、ジヨーンズベクトルとジヨーンズ
行列は計算が簡単になるので、よく用いられる。ＳＴＺ
Ｌの出力ビームに対するジヨーンズベクトル は、 で表わされる。ここに△ωは △ω＝ω₂−ω₁ −(6) である。また、レーザビームの直交成分のそれぞれは、
座標軸ｘ，ｙに一致しており、その角周波数は、それぞ
れω₁，ω₂である。さらにまた、計算の便宜上、ｘ，ｙ
成分の振幅は、それぞれ１に等しく、成分間で固有位相
はないとして説明を進める。The Johnson vector and the Johnson matrix are often used for the analysis when a light wave passes through a plurality of optical elements as shown in FIG. 1 because the calculation is simple. STZ
The Jones vector for the output beam of L Is It is represented by. Where Δω is Δω = ω ₂ −ω ₁ − (6). Also, each of the orthogonal components of the laser beam is
They coincide with the coordinate axes x and y, and their angular frequencies are ω ₁ and ω ₂ , respectively. Furthermore, for convenience of calculation, x, y
The amplitude of each component is equal to 1, and the description will proceed assuming that there is no inherent phase between the components.

次に光源部２のジヨーンズ行列Ｒ_β(δ)は、 で表わされる。ここでδは光学的リタデーシヨンの量、
βは進相軸Ｆがｘ軸となす角度とする。Next, the Johnson matrix R _β (δ) of the light source unit 2 is It is represented by. Where δ is the amount of optical retardation,
β is an angle formed by the fast axis F and the x axis.

一方、偏光子３のジヨーンズ行列Ｐ₄₅は、 で表わされる。ＳＴＺＬ１からのビート観測には、偏光
子３の方位は、ｘ軸から４５°（または135゜）の角度に
保持されなければならない。On the other hand, the Johnson matrix P ₄₅ of the polarizer 3 is It is represented by. For beat observations from STZL1, the orientation of polarizer 3 must be maintained at an angle of 45 ° (or 135 °) from the x-axis.

偏光子３を透過したレーザ光に対するジヨーンズベクト
ル は、 で求められる。The Johnson vector for the laser light transmitted through the polarizer 3. Is Required by.

次に、光検出器６で検波された光強度Ｉ′は、 トルである。具体的に計算すると Ｉ′＝（１−４sin² βcos² βcos△ωｔ ＋（cos²β−sin²β）（cos²βcos（△ωｔ−
δ） −sin²βcos（△ωｔ＋δ）） −(1
1) となる。実際の測定においては、応力の方向が容易に推
察されることが多い。従つて、応力の方向が既知である
と仮定して議論を進める。例えば、 β＝０のとき、 Ｉ′＝１＋cos（△ωｔ−δ） −(12a) β＝π／２のとき Ｉ′＝１＋cos（△ωｔ＋δ） −(12b) となる。Next, the light intensity I ′ detected by the photodetector 6 is It's Tor. Specifically calculate ^{I '= (1-4sin 2 βcos 2} βcos △ ωt + (cos 2 β-sin 2 β) (cos 2 βcos (△ ωt-
δ) −sin ² βcos (△ ωt + δ)) − (1
1) In actual measurement, the stress direction is often easily inferred. Therefore, the discussion will proceed assuming that the direction of stress is known. For example, when β = 0, I ′ = 1 + cos (Δωt−δ) − (12a), and when β = π / 2, I ′ = 1 + cos (Δωt + δ) − (12b).

一方、(5)式より、ＳＴＺＬ自体から得られる光ビート
信号の光強度Ｉは、 Ｉ＝１＋２cos（△ωｔ） −(13) で与えられる。On the other hand, from the equation (5), the light intensity I of the optical beat signal obtained from STZL itself is given by I = 1 + 2cos (Δωt)-(13).

従つて、(12)式と(13)式とを比較すると、光検出器６で
得られる光ビート信号と光源自体から得られる光ビート
信号の位相差は、透光性物体のリタデーシヨンδそのも
のとなることが分かる。Therefore, comparing equations (12) and (13), the phase difference between the optical beat signal obtained by the photodetector 6 and the optical beat signal obtained from the light source itself is the retardation δ itself of the translucent object. I see.

なお、リタデーシヨンδについて補足すると、δは、 δ＝（２π／λ）Ｃ（σ_ｘ−σ_ｙ）ｄ −(14) で与えられる。ここで、Ｃは光弾性定数、σ_ｘ，σ_ｙは
ｘ，ｙ方向の応力成分、ｄは光源の透光性物体の厚みで
ある。(14)式により、δは常にσ_ｘとσ_ｙの差に比例し
て現われる。従つて、δを測定することにより、（σ_ｘ
−σ_ｙ）を知ることが可能となる。Incidentally, supplementing the retardation δ, δ is given by δ = (2π / λ) C (σ _x −σ _y ) d − (14). Here, C is the photoelastic constant, σ _x and σ _y are stress components in the x and y directions, and d is the thickness of the light-transmissive object of the light source. According to the equation (14), δ always appears in proportion to the difference between σ _x and σ _y . Therefore, by measuring δ, (σ _x
It becomes possible to know −σ _y ).

なお、歪検出部については、実施例に限定されるもので
はなく、例えば波長安定化ＨｅＮｅ縦ゼーマンレーザと
ランプの歪に基づく光弾性効果を利用したものであつて
もよい。また、２つの半導体レーザの干渉効果や光ヘテ
ロダイン検波を利用したものであつてもよい。The strain detector is not limited to the embodiment, and may be, for example, a wavelength-stabilized HeNe vertical Zeeman laser and a photoelastic effect based on the strain of the lamp. Further, it may be one that utilizes the interference effect of two semiconductor lasers or optical heterodyne detection.

この実施例では、ＳＴＺＬを用いることにより、このレ
ーザ出力ビームは単一縦モード発振でありながら発振周
波数をわずかに異なる２周波で発振するので、簡単な光
学系で検出部を構成することが可能となる。In this embodiment, by using STZL, this laser output beam oscillates at two frequencies with slightly different oscillation frequencies even though it is a single longitudinal mode oscillation, so that the detector can be configured with a simple optical system. Becomes

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、動
作中のランプの透光性部材の歪変化を検出し、その歪が
所定値以上になると、自動的にランプ電源を切断するこ
と等により、ランプの破裂を未然に防ぐことが可能とな
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, the change in strain of the translucent member of the operating lamp is detected, and when the strain exceeds a predetermined value, the lamp power is automatically cut off, etc. This makes it possible to prevent the lamp from bursting.

また、周波数の異なる２光波から合成される光ビート信
号中の位相ずれから透光性部材の歪量を検出することに
より、その光ビート信号が交流信号であり、電気信号の
取り扱いが容易な周波数に設定でき、しかも外乱の影響
を軽減できる。Further, by detecting the amount of distortion of the translucent member from the phase shift in the optical beat signal synthesized from two light waves having different frequencies, the optical beat signal is an AC signal, and the frequency at which the electrical signal can be easily handled. Can be set to, and the effect of disturbance can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は、この発明による光源装置の実施例の概略を示
す図、第２図は光源部の一例を示す図である。 図中、１：波長安定化横ゼーマンレーザ ２：光源部 ９：警報器、光源用電源切断装置もしくは光源へ
の電気入力減少装置FIG. 1 is a diagram showing an outline of an embodiment of a light source device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a light source unit. In the figure, 1: wavelength stabilized lateral Zeeman laser 2: light source unit 9: alarm device, light source power supply disconnecting device, or electric input reducing device for light source

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】光を用いて、動作中のランプの透光性部材
の歪変化を検出し、その歪が所定値以上になると、自動
的にランプ電源を切断するか、ランプへの電気入力を減
少するか、もしくは警報器を作動させるようにしたこと
を特徴とする光源装置。1. A light is used to detect a strain change of a translucent member of an operating lamp, and when the strain exceeds a predetermined value, the lamp power is automatically cut off or an electric input to the lamp is made. A light source device characterized by reducing the number of lights or activating an alarm device. 【請求項２】透光性部材に周波数の異なる２光波を入射
させ、透光性部材を透過した光からビート信号を得、こ
のビート信号と、透光性部材透過前の２光波のビート信
号との位相のずれから透光性部材の歪量を検出すること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の光源装置。2. A light signal having two frequencies different from each other is incident on a transparent member, a beat signal is obtained from light transmitted through the transparent member, and the beat signal and the beat signal of the two light waves before being transmitted through the transparent member. The light source device according to claim (1), characterized in that the amount of strain of the translucent member is detected from the phase shift between the light source device and the light source device.