JP2007227338A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、発光セル内の発光物質をマイクロ波のエネルギーのより効率良く発光させることができる光源装置を提供する。
【解決手段】外導体３の両端部に短絡面を有すると共に、外導体３の一端部側から他端部側に向かって外導体３の軸心部に延在する中心導体５を有する半同軸共振器７の外導体３の内部空間のうち、中心導体５の先端と外導体３の他端部側の短絡面との間の間隔内の空間に、発光物質を封入した発光セル９を収容する。中心導体５の先端と外導体３の他端部側の短絡面との間隔ａと、中心導体５の外周面と外導体３の内周面との間隔ｂと、中心導体５の径ｃとの間にｃ＜ａ＜ｂの関係が満たされるように半同軸共振器５が構成される。発光セル９はその外周面を外導体３の内周面に接触させて外導体３に収容される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光セル内に封入された発光物質をマイクロ波のエネルギーによって励起して発光させる光源装置に関する。

石英ガラスなどにより構成される発光セル内に、硫黄、水銀、Ａｒガス、Ｘｅガス等の発光物質を封入し、この発光セルの内部にマイクロ波を供給することで、該発光物質を発光させるようにした光源装置として、例えば特許文献１に見られるものが知られている。

なお、本明細書では、「光」は、可視光に限らず、可視光以外の領域（例えばＴＨｚ波領域、紫外領域）の電磁波も含まれる。すなわち、本明細書で光源装置が発生する「光」は、マイクロ波のエネルギーによって発光物質を励起することによって発生可能な波長の電磁波（これは発光物質の種類に依存する）で、該マイクロ波よりも十分に短い波長の電磁波を意味する。

前記特許文献１には、マイクロ波を共振させる同軸共振器の内部の中心導体の周囲にドーナツ形状の発光セル（ランプ）を外挿して、該発光セル内の発光物質を均一的に発光させるようにするした光源装置が開示されている。さらに、特許文献１には、マイクロ波を共振させる半同軸共振器の内部の中心導体の先端付近に、該中心導体の先端部を包み込むように湾曲形成した発光セル（ランプ）を配置して、該発光セル内の発光物質を均一的に発光させるようにするした光源装置が開示されている。
特開２０００−３４８６８４号公報

前記特許文献１に見られる光源装置では、発光セル内の発光物質を均一的に発光させることが可能であるものの、発光セルの形状が複雑な形状であるため、その発光セルの製造コストが高価なものとなりやすい。また、該発光セルを同軸共振器や半同軸共振器内に組付けて保持する機構も複雑なものとならざるを得ず、ひいては、光源装置の組み立てが困難となると共に、製造コストの増加を招くという不都合があった。

本発明はかかる背景に鑑み、簡単な構造で、発光セル内の発光物質をマイクロ波のエネルギーのより効率良く発光させることができる光源装置を提供することを目的とする。

本願発明者の種々様々の検討の結果、次のことを知見した。すなわち、管状に形成された外導体の両端部に該外導体と導通して該外導体の軸心と直交する短絡面を有すると共に、該外導体の軸心部に該外導体の一端部側から他端部側に向かって該他端部側の短絡面と間隔を存する位置まで延在する中心導体を有し、該外導体の内部空間で共振させるマイクロ波が該外導体の外部から供給される半同軸共振器を使用する。そして、この半同軸共振器を、その中心導体の先端と外導体の他端側の短絡面との間隔ａと、該中心導体の外周面と外導体の内周面との間隔ｂと、該中心導体の径ｃとの間にｃ＜ａ＜ｂの関係が満たされるように構成する。

このとき、該半同軸共振器の外導体の内部空間のうち、前記中心導体の先端と前記外導体の他端側の短絡面との間の間隔内の空間（より詳しくは、中心導体の先端を含んで該中心導体の軸心に直交する平面と外導体の前記他端側の短絡面と該外導体の内周面とで囲まれた空間。以下、中心導体先端側空間ということがある）における電磁場の強さを中心導体の周囲よりも高めつつ、該中心導体先端側空間における電磁場のエネルギー分布のばらつき（高低差）を十分に小さなものにできる。

すなわち、仮にｃ＞ａとなるように半同軸共振器を構成した場合には、中心導体と、外導体の他端側の短絡面との間の電界が、該短絡面の中心部付近（中心導体の先端に対向する部分）に集中する。このため、上記中心導体先端側空間内の電磁場のエネルギーは、該中心導体先端側空間内の軸心付近に集中し過ぎてしまう。これに対して、ｃ＜ａとなるように半同軸共振器を構成することで、上記中心導体先端側空間内の電磁場のエネルギーを、該中心導体先端側空間内の軸心付近の周囲に分散させることができる。また、仮にａ＞ｂとなるように半同軸共振器を構成した場合には、中心導体の先端と外導体の外周面との間で径方向の電界が強くなり、中心導体の先端と外導体の他端側の短絡面との間の電界（前記中心導体先端側空間内の電界）が弱くなる。これに対して、ａ＞ｂとなるように半同軸共振器を構成した場合には、中心導体の先端と外導体の外周面との間の電界よりも、中心導体の先端と外導体の他端側の短絡面との間の電界（前記中心導体先端側空間内の電界）を強くできる。

従って、ｃ＜ａ＜ｂの関係を満たすように半同軸共振器を構成することで、上記中心導体先端側空間における電磁場のエネルギーを外導体の内部空間のうちの他の空間よりも高めつつ、比較的均一性の高いエネルギー分布にすることができる。このため、該中心導体先端側空間に発光セルを収容するようにすれば、その発光セルの形状の影響をさほど受けることなく、該発光セル内の発光物質を外導体の内部空間で共振させるマイクロ波のエネルギーにより均一的に励起して、発光させること可能である。

そこで、本発明（第１発明）の光源装置は、前記の目的を達成するために、発光物質を封入した発光セルの内部にマイクロ波を供給し、該マイクロ波のエネルギーにより励起する前記発光物質が発生した光を該発光セルの外部に放射させるようにした光源装置において、
管状に形成された外導体の両端部に該外導体と導通して該外導体の軸心と直交する短絡面を有すると共に、該外導体の軸心部に、該外導体の一端部側の短絡面から他端部側の短絡面に向かって該他端部側の短絡面と間隔を存する位置まで延在する中心導体を有し、該外導体の内部空間で共振させるマイクロ波が該外導体の外部から供給される半同軸共振器と、
該半同軸共振器の外導体の内部空間のうち、前記中心導体の先端と前記外導体の他端部側の短絡面との間の間隔内の空間に収容された前記発光セルとを備え、
前記半同軸共振器は、その中心導体の先端と外導体の他端部側の短絡面との間隔ａと、該中心導体の外周面と外導体の内周面との間隔ｂと、該中心導体の径ｃとの間にｃ＜ａ＜ｂの関係が満たされるように構成されており、
前記発光セルは、その外周面を前記外導体の内周面に接触させて該外導体に嵌入可能な形状に形成されていることを特徴とする。

かかる第１発明によれば、前記発光セルは、その外周面を前記外導体の内周面に接触させて該外導体に嵌入可能な形状にされているので、該発光セルを容易に外導体の内部空間に組付けることができる。そして、このとき、ｃ＜ａ＜ｂの関係が満たされるように半同軸共振器を構成し、この半同軸共振器の前記中心導体先端側空間内に前記発光セルを収容するので、該発光セルの形状を複雑な形状に形成せずとも、該発光セル内の発光物質を、外導体の内部空間に供給されるマイクロ波のエネルギーによって、高い均一性で、効率よく発光させることが可能となる。この場合、発光セルの形状は、例えば、中心導体の軸心に直交する横断面での形状が、外導体の内部空間の横断面の形状とほぼ同一となり、また、該中心導体の軸心方向における発光セルの両端面は平面状の形状でよい。

従って、第１発明の光源装置によれば、簡単な構造で、発光セル内の発光物質をマイクロ波のエネルギーにより効率良く発光させることができる。ひいては、該光源装置を廉価に提供できる。

なお、本発明の光源装置における半同軸共振器の外導体および中心導体は、横断面が円形のものであることが好ましい。

かかる第１発明では、前記発光セルは、前記中心導体の先端位置で該中心導体の軸心と直交する平面と、前記外導体の他端部側の短絡面と、該外導体の内周面とで形成される空間と略同一の外形状に形成されていることが好ましい（第２発明）。

これによれば、発光セルの形状は、中心導体の軸心に直交する横断面での形状が、外導体の内部空間の横断面の形状とほぼ同一となり、また、該中心導体の軸心方向における発光セルの両端面は平面状の形状となる。このため、該発光セルの形状を単純な形状にすることができる。同時に、中心導体の軸心方向における発光セルの両端面のうち、中心導体側の端面を、中心導体の先端に当接させることができることとなる。このため、発光セルを外導体の内部空間（前記中心導体先端側空間）に収容するときに、中心導体の軸心方向（外導体の軸心方向）における発光セルの組付け位置を容易に規制できる。その結果、発光セルの外導体への組付け作業を容易に行なうことが可能となる。

また、前記第１発明または第２発明の光源装置では、前記中心導体の軸心方向における前記発光セルの両端面のうち、少なくとも前記外導体の他端部側の端面は、該中心導体の軸心に直交する平面状に形成されており、前記外導体の他端部側の短絡面は、前記発光セルの両端面のうちの該外導体の他端部側の端面を被覆するように該端面に固着されて該外導体に導通された透明導電性膜により構成されていることが好ましい（第３発明）。

この第３発明によれば、発光セルの両端面のうちの外導体の他端部側の端面に固着した透明導電性膜によって、外導体の他端部側の短絡面を容易に構成できる。また、発光セル内の発光物質を可視光を発生する物質とした場合、発光セル内の発光物質が発生した光（可視光）を透明性導電性膜を介して外部に放出することができる。

なお、この第３発明を前記第２発明と組み合わせた場合には、発光セルの両端面が平面状に形成され、その両端面のうちの中心導体側の端面が該中心導体の先端に当接することとなる。

この第３発明では、前記透明導電性膜は、その周縁部が、前記外導体の他端部側端面に該外導体に導通して固定された環状の導電性押さえ部材に接触されて、該導電性押さえ部材を介して外導体に導通されており、前記発光セルは、その両端面のうちの前記中心導体側の端面が該中心導体の先端に当接されて、前記導電性押さえ部材と該中心導体との間に挟み込まれていることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、発光セルは、導電性押さえ部材と中心導体との間で挟み込まれるようにして保持されることとなる。同時に、短絡面を構成する透明導電性膜が、導電性押さえ部材を介して外導体に導通することとなる。従って、発光セルの組付けを含めた半同軸共振器の構成を簡易なものとしつつ、それらの組立を容易に行なうことが可能となる。

また、前記第１発明または第２発明の光源装置では、前記外導体の他端部側の短絡面は、該外導体の他端部の位置で該外導体に導通して設けられた金属メッシュにより構成してもよい（第５発明）。

この第５発明によれば、前記金属メッシュによって、外導体の他端部側の短絡面を容易に構成できる。また、発光セル内の発光物質から可視光だけでなく、可視光以外の光（例えばＴＨｚ域の電磁波）を発生させ、それを金属メッシュを介して外部に放出することが可能となる。

なお、金属メッシュは、その目開きのサイズ（幅）が前記外導体の内部空間で共振させるマイクロ波の波長よりも十分に小さく、且つ、発光セル内の発光物質が発生する光の波長よりも十分に大きく設定しておくことで、マイクロ波を金属メッシュで反射させる一方、発光物質が発光する光を金属メッシュを透過させることができる。

また、上記第５発明を前記第２発明と組み合わせた場合には、発光セルの両端面が平面状に形成され、その両端面のうちの中心導体側の端面が該中心導体の先端に当接することとなる。

上記第５発明では、前記中心導体の軸心方向における前記発光セルの両端面のうち、少なくとも前記外導体の他端部側の端面は、該中心導体の軸心に直交する平面状に形成されて前記金属メッシュに接触されていると共に、該発光セルの両端面のうちの前記中心導体側の端面は、該中心導体の先端に当接されており、さらに、該金属メッシュは、その周縁部が、前記外導体の他端部側端面に該外導体に導通して固定された環状の導電性押さえ部材に接触されて該導電性押さえ部材を介して外導体に導通されており、該発光セルおよび金属メッシュは、前記中心導体と導電性押さえ部材との間に挟み込まれていることが好ましい（第６発明）。

この第６発明によれば、発光セルおよび金属メッシュは、導電性押さえ部材と中心導体との間で挟み込まれるようにして保持されることとなる。同時に、短絡面を構成する金属メッシュが、導電性押さえ部材を介して外導体に導通することとなる。従って、発光セルおよび金属メッシュの組付けを含めた半同軸共振器の構成を簡易なものとしつつ、それらの組立を容易に行なうことが可能となる。

上記のように導電性押さえ部材を有する第４発明または第６発明では、前記導電性押さえ部材は、その周方向に間隔を存して配列される複数の締結部材を介して前記外導体の他端部側端面に固定され、該導電性押さえ部材の周方向で互いに隣合う締結部材同士の間隔は、前記外導体の内部空間で共振させるマイクロ波の波長の１／４よりも小さい間隔に設定されていることが好ましい（第７発明）。

この第７発明によれば、締結部材同士の間隔を、前記外導体の内部空間で共振させるマイクロ波の波長の１／４よりも小さい間隔に設定しておくことで、外導体の内部空間で共振させるマイクロ波の漏出を極力抑えることができる。ひいては、光源装置のエネルギー効率を高めることができる。

なお、前記金属メッシュを使用する第５発明または第６発明は、前記発光セル内の発光物質が発生する光がＴＨｚ帯の電磁波である場合に好適である（第８発明）。

すなわち、前記したように金属メッシュを介してＴＨｚ帯の電磁波を発光セルの内部から外部に放出することができるので、簡易で安価な構成のＴＨｚ帯光源装置を提供できる。

以上説明した第１〜第８発明では、前記外導体の内部空間にマイクロ波を供給するために、前記中心導体をマイクロ波の放射用アンテナとして利用することが可能である。ただし、その場合には、外導体の内部空間のうち、発光セルの存在箇所と、それ以外の箇所との誘電率の相違などに起因するマイクロ波の波長の変化によって、中心導体のインピーダンスの短絡点と、外導体の一端部側の短絡面とのずれが生じやすい。その結果、外導体の内部空間におけるマイクロ波の共振のＱ値の低下を招きやすい。

そこで、前記第１〜第８発明では、前記中心導体は、前記外導体の一端部側の短絡面に導通して設けられ、前記外導体の外部から供給されるマイクロ波を該外導体の内部空間に放射するアンテナが該外導体の一端部側の短絡面と前記発光セルとの間に設けられていることが好ましい（第９発明）。

この第９発明によれば、前記中心導体とは別のアンテナを介して外導体の内部空間にマイクロ波が放射され、それが、中心導体に電磁的に結合して共振することとなる。そのため、外導体の内部空間でのマイクロ波の共振を効率よく行なうことが可能となる。

なお、前記アンテナとしては、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナなどが挙げられる。

本発明の光源装置の第１実施形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施形態の光源装置の縦断面図、図２は図１のＡ矢視図である。

図１および図２を参照して、本実施形態の光源装置１は、管状の外導体３と、この外導体３内の軸心部に延在する中心導体５とを備える半同軸共振器７と、発光物質を内部に封入した中空の発光セル９とを備えている。外導体３および中心導体５は、金属等の導体材料により構成されている。本実施形態では、外導体３は、その横断面（外導体３の軸心に直交する断面）が円形となる円筒管状のものであり、中心導体５は、その横断面（中心導体５の軸心に直交する断面）が円形となる棒状のものである。

外導体３の一端部（図１の右側端部。以下、第１端部という）は、該外導体３と一体に形成された短絡板１１により閉塞されている。この短絡板１１により、外導体３の第１端部側の短絡面１１ａが構成されている。すなわち、短絡板１１の内面１１ａは外導体３の軸心に直交する平面状に形成されており、該内面１１ａが外導体３の第１端部側の短絡面１１ａとなっている。また、外導体３の他端部（図１の左側端部。以下、第２端部という）は開口しており、該第２端部の外周には、該外導体３と一体に形成された環状のフランジ１３が設けられている。

短絡板１１の外面１１ｂには、図示を省略するマイクロ波発振器に同軸ケーブルを介して接続される同軸コネクタ１５が外導体３と同軸心に結合されている。そして、前記中心導体５は、その一端部（図１の右端部）が、短絡板１１に穿設された貫通穴１７を通って同軸コネクタ１５の中心導体（図示せず）に連結され、該同軸コネクタ１５の中心導体に導通されている。なお、中心導体５は、貫通穴１７内で該中心導体５の周囲に設けられた絶縁物１９を介して外導体３と絶縁されている。また、同軸コネクタ１５の外周部は、外導体３に導通されている。

中心導体５は、外導体３の第１端部側から第２端部側に向かって該外導体３と同軸心に延在している。この場合、中心導体５の長さＬ（外導体３の第１端部側の短絡面１１ａから中心導体５の先端５ａまでの長さ。図１参照）は、短絡面１１ａから外導体３の第２端部の端面（開口端面）までの長さよりも短く設定されており、該中心導体５の先端５ａは、外導体３の第２端部の端面（開口端面）よりも該外導体３の内奥側に位置している。

ここで、本実施形態では、同軸コネクタ１５に接続されるマイクロ波発振器から中心導体５を介して外導体３の内部空間（キャビティ）にマイクロ波を供給し、このマイクロ波を外導体３の内部空間で共振させる。このマイクロ波の共振を行なうために、中心導体５の長さＬは、該マイクロ波の波長をλとしたとき、例えばＬ＝λ／４となるように設定されている。本実施形態では、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波の周波数を例えば２４５０ＭＨｚとしている。このとき、λは１２２．４９９ｍｍであるので、Ｌは３０．６１２ｍｍである。なお、中心導体５の長さＬは、より一般的には、λ／４の奇数倍の長さであればよい。

前記発光セル９は、外導体３の開口している第２端部側から外導体３の内部空間に挿入され、中心導体５の先端５ａと外導体３の第２端部側の端面（開口端面）との間で外導体３の内部空間に収容されている。

さらに詳細には、発光セル９は、その横断面（中心導体５の軸心に直交する横断面）の形状が、外導体３の内部空間の横断面の形状と同じ形状（すなわち円形状）であると共に、その外径が外導体３の内部空間の横断面の径ｄ（外導体３の内径ｄ）とほぼ同一の大きさを有している。また、中心導体５の軸心方向における発光セル９の両端面９ａ，９ｂは、いずれも、該中心導体５の軸心（＝発光セル９の軸心）に直交する平面状に形成されている。換言すれば、発光セル９は、外導体３の内径ｄとほぼ同じ外径を有する中空の円板形状に形成されている。従って、発光セル９は、その外周面を外導体３の内周面に接触させるようにして該外導体３に同軸心に嵌入されている。そして、発光セル９の両端面９ａ，９ｂのうち、中心導体５側の端面９ａの中央部は、該中心導体５の先端５ａに当接されている。さらに、発光セル９の軸心方向の厚さ（発光セル９の両端面９ａ，９ｂの間隔）は、該発光セル９の端面９ａを該中心導体５の先端に当接させた状態で、他方の端面９ｂ（外導体３の第２端部側の端面９ｂ）が外導体３の第２端部の端面（開口端面）とほぼ面一になるような厚さに設定されている。

また、該発光セル９の、外導体３の第２端部側の端面９ｂには、その全面にわたって薄膜状の透明導電性膜２１（いわゆるＩＴＯ膜。以下、ＩＴＯ膜２１という）が固着されている。なお、図１中の括弧付きの参照符号（２７）は後述の第２実施形態に関するものであり、それについては後述する。

そして、外導体３の第２端部の端面（開口端面）には環状の導電性押さえ部材２３が該外導体３と同軸心に配置され、この導電性押さえ部材２３の外周寄りの周縁部を前記フランジ１３に当接させた状態で締結部材としての複数のネジ２５により該フランジ１３に締結・固定されている。導電性押さえ部材２３の材質は、例えば外導体３や中心導体５と同じである。この場合、導電性押さえ部材２３の内径は、外導体３の内径ｄよりも小さく設定されており、該導電性押さえ部材２３の内周寄りの周縁部が前記ＩＴＯ膜２１に接触されて導通している。これにより、ＩＴＯ膜２１は、導電性押さえ部材２３を介して外導体３に導通されている。そして、このＩＴＯ膜２１の、発光セル９側の面により、外導体３の第２端部側の短絡面が構成されることとなる。同時に、発光セル９は、その外周面を外導体３の内周面に接触させた状態で導電性押さえ部材２３と中心導体５の先端５ａとの間で挟み込まれるように保持されている。

このように発光セル９およびＩＴＯ膜２１が外導体３に組み込まれているので、発光セル９は、結果的には、前記中心導体５の先端５ａの位置で該中心導体５の軸心と直交する平面と外導体３の第２端部側の短絡面であるＩＴＯ膜２１の発光セル９側の面と該外導体３の内周面とで形成される空間とほぼ同一の外形状に形成されていることとなる。

なお、導電性押さえ部材２３を外導体３に締結するネジ２５は、図２に示すように、該導電性押さえ部材２３の周方向に等間隔で配列されている。この場合、その周方向で互いに隣合うネジ２５，２５同士の間隔ｅ（周方向の間隔）は、該外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波の波長λに対して、λ／４よりも小さい間隔とされている。これは、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波が外導体３の第２端部側から外部に漏出するのを極力抑えるためである。

発光セル９の内部には、硫黄、水銀、アルゴンガス（Ａｒ）、キセノンガス（Ｘｅ）等の発光物質が単独又は混合状態で封入されている。この発光セル９は、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波と、発光セル９の内部の発光物質が励起されて発生する光とを十分に透過する材質により構成され、本実施形態では、例えば石英ガラスにより構成されている。また、本実施形態では、発光物質は、その励起により可視光を発生する物質である。

補足すると、前記ＩＴＯ膜２１は、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波を透過しないが、発行セル９内の発光物質がマイクロ波によって励起された時に発生する光（可視光）に対しては透明性を有するものである。本実施形態では、ＩＴＯ膜２１は、例えば酸化インジュウムにスズをドーピングした物質により構成されている。

ここで、本実施形態における外導体３、中心導体５および発光セル９のサイズは、次のように設定されている。図１を参照して、本実施形態では、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波をＴＥＭ波だけにするために、中心導体５の径（直径）ｃと、外導体３の内径ｄとは、λ＞１．４７×（ｃ＋ｄ）の関係を満たすように設定されている。

また、中心導体５の径ｃは、中心導体５の外周面と外導体３の内周面との間隔ｂ（＝（ｄ−ｃ）／２）よりも小さく設定されている。そして、中心導体５の先端５ａとＩＴＯ膜２１との間隔ａ（これは本実施形態では発光セル９の軸心方向の厚さに等しい）は、中心導体５の径ｃよりも大きく、且つ、中心導体５の外周面と外導体３の内周面との間隔ｂよりも小さくなるように設定されている。すなわち、ｃ＜ａ＜ｂとなるようにｃ、ａ、ｂの値が設定されている。例えば、ａ＝２０ｍｍ、ｂ＝２５ｍｍ、ｃ＝１０ｍｍに設定されている。

以上が、本実施形態の光源装置１の詳細構成である。

かかる本実施形態の光源装置１では、発光セル９内の発光物質を発光させるときには、図示しないマイクロ波共振器を同軸ケーブルを介して同軸コネクタ１５に接続して、該マイクロ波共振器から半同軸共振器７の外導体３内にマイクロ波を供給する。この供給されたマイクロ波は前記中心導体５を介して（中心導体５がアンテナとして機能して）外導体３の内部空間に放射され、該内部空間で共振する。また、該外導体３の内部で共振するマイクロ波はＴＥＭ波となる。

このとき、中心導体５の先端５ａの付近の空間では、該中心導体５の先端部と、その周囲の導体である外導体３の内周面およびＩＴＯ膜２１の短絡面と間で、該中心導体５の先端部に集中する電界が形成される。この場合、中心導体５の先端５ａとＩＴＯ膜２１との間隔ａ（中心導体５の先端５ａと外導体３の第２端部側の短絡面との間隔）は、中心導体５の外周面と外導体３の内周面との間隔ｂよりも小さいので、中心導体５の先端部と外導体３の内周面との間で形成される電磁場よりも、中心導体５の先端部とＩＴＯ膜２１の短絡面との間で形成される電磁場の方が高いエネルギー密度を持つ。換言すれば、外導体３の内部空間（キャビティ）のうち、発光セル９が存在する空間における電磁場のエネルギー密度が、それ以外の空間における電磁場のエネルギー密度よりも高くなる。

また、中心導体５の先端５ａとＩＴＯ膜２１との間隔ａは、中心導体５の径ｃよりも大きいので、中心導体５の先端部とＩＴＯ膜２１の短絡面との間に形成される電磁場のエネルギーは、中心導体５の先端ａに対向する部分（発光セル９の軸心付近の部分）に集中したりすることなく、発光セル９の存在空間に分散する。換言すれば、発光セル９内の電磁場のエネルギーが、局所的に集中することがなく、比較的均一的に分布するようになる（発光セル９内の各部のエネルギー密度のばらつきが比較的小さなものとなる）。

このため、発光セル９内の発光物質が、外導体３の内部空間で共振するマイクロ波のエネルギーによって均一的、且つ効率よく励起されて発光する。そして、その発生した光（本実施形態では可視光）は、発光セル９の内部からＩＴＯ膜２１を透過して、前記導電性押さえ部材２３の中心部の穴を介して外部に放出される。

また、本実施形態の光源装置１の構造にあっては、発光セル９が、中空の円板形状という単純な形状であるため、該発光セル９を安価に製造できる。

また、発光セル９を光源装置１に組付ける場合には、導電性押さえ部材２５を外導体３から取り外した状態で、該発光セル９の外周面を外導体３の内周面に接触させつつ、外導体３の第２端部側端面（開口端面）から該外導体３の内部空間に該発光セル９を嵌入し、さらに該発光セル９を中心導体５の先端５ａに当接させる。そして、この状態で、導電性押さえ部材２３を外導体３のフランジ１３にネジ２５により締結することにより、該発光セル９は、その外周面が外導体３の内周面に支えられつつ、導電性押さえ部材２３と中心導体５との間で挟みこまれるように外導体３の内部空間に組み付けられることとなる。同時に、このとき、ＩＴＯ膜２１によって、半同軸共振器７の外導体５の第２端部側の短絡面も形成される。従って、本実施形態の光源装置１の組立を極めて容易に行なうことができると共に、その組立のための構成も極めて簡単なものとすることができる。その結果、光源装置１の製造コストを廉価にすることができる。

さらに、導電性押さえ部材２５を外導体３のフランジ１３に締結するネジ２５の間隔ｅは、λ／４よりも小さく設定されているので、外導体３の内部空間のマイクロ波が導電性押さえ部材２５とフランジ１３との隙間を通って外部に漏出したりするのを極力抑えることができる。このため、半同軸共振器７でのマイクロ波のエネルギー損失を小さくして、効率よく発光セル９内の発光物質を励起することができる。

次に、本発明の光源装置の第２実施形態を図１および図３を参照して説明する。なお、本実施形態の光源装置は、第１実施形態の光源装置１と一部の構成のみが相違するものであるので、同一部分については、第１実施形態と同じ参照符号を用いて説明を省略する。そして、第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。

本実施形態の光源装置が第１実施形態のものと相違する点は、半同軸共振器７の外導体３の第２端部側の短絡面を構成する部材と、発光セル９の発光物質の種類（該発光物質の励起によって発生する光の波長もしくは周波数）である。

具体的には、本実施形態では、外導体３の第２端部側の短絡面を構成するために、前記ＩＴＯ膜２１の代わりに、図３に示すように網目状に形成された金属メッシュ２７が用いられる。この場合、本実施形態では、金属メッシュ２７は、その外周形状が、外導体３の内径ｄ（≒発光セル９の外径）とほぼ同じ直径の円形状に形成されている。そして、この金属メッシュ２７は、図１に示すように、発光セル９の両端面９ａ，９ｂのうちの外導体３の第２端部側の端面９ａに密着され、この状態で、該金属メッシュ２７の周縁部が、前記導電性押さえ部材２５の内周寄りの周縁部に接触されている。この場合、金属メッシュ２７は、発光セル９を介して導電性押さえ部材２５と中心導体５の先端５ａとの間で挟みこまれている。これにより、金属メッシュ２７は、発光セル９と共に保持されていると共に、導電性押さえ部材２３を介して外導体３に導通されている。また、該金属メッシュ２７によって、外導体３の第２端部側の短絡面が構成されている。すなわち、金属メッシュ２７の発光セル９の端面９ｂに密着する面が、外導体３の第２端部側の短絡面となっている。

また、本実施形態では、発光セル９内には、ＴＨｚ帯の光（電磁波）を発生する発光物質が封入されている。該発光物質は、例えばＨ₂Ｏであり、その発光物質がマイクロ波の励起によって発生する光（ＴＨｚ帯電磁波）の周波数は約２ＴＨｚ（波長は０．１５ｍｍ）である。

そして、金属メッシュ２７の目開きｆ（金属メッシュ２７の各穴の幅）は、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波の波長よりも十分小さいものに設定され、それにより、該マイクロ波が金属メッシュ２７をほとんど透過しないようにされている。この場合、目開きｆの値は、金属メッシュ２７を介して透過するマイクロ波の電力（マイクロ波のリーク電力）が５０ｄＢ以下となるような値に設定しておくことが望ましい。同時に、金属メッシュ２７の目開きｆは、発光セル９内の発光物質が発生する光（ＴＨｚ帯電磁波）の波長よりも十分に大きいものに設定され、それにより、発光物質が発生する光（ＴＨｚ帯電磁波）が、金属メッシュ２７を十分に透過するようにされている。この場合、目開きｆの値は、発光物質が発生する光（ＴＨｚ帯電磁波）の波長の１０倍以上であることが望ましい。

具体的には、マイクロ波の波長λを第１実施形態と同様に１２２．４９９ｍｍとし、発光物質が発生する光（ＴＨｚ帯電磁波）の波長を上記のように０．１５ｍｍとしたとき、目開きｆは、マイクロ波の波長λの１／４よりも十分に小さく、且つ、ＴＨｚ帯電磁波の波長よりも十分大きい３ｍｍ程度に設定することが望ましい。

以上説明した以外の構成は、前記第１実施形態と同じである。なお、この場合、図１中のａは、中心導体５の先端５ａと、金属メッシュ２７との間隔（より正確には、中心導体５ａと金属メッシュ２７の短絡面との間隔。これは本実施形態においても、発光セル９の軸心方向の厚さに等しい）を意味する。

かかる本実施形態の光源装置においては、図示しないマイクロ波共振器から同軸コネクタ１５を介して外導体３の内部空間にマイクロ波を供給したとき、第１実施形態と同様に、発光セル９内の発光物質を均一的に、且つ効率よく発光させることができる。この場合、発生する光は、ＴＨｚ帯電磁波であるので、本実施形態の光源装置は、ＴＨｚ帯の光源として使用できる。

また、本実施形態の光源装置を組み立てる場合には、第１実施形態と同様に、導電性押さえ部材２５を外導体３から取り外した状態で、該発光セル９の外周面を外導体３の内周面に接触させつつ、外導体３の第２端部側端面（開口端面）から該外導体３の内部空間に該発光セル９を嵌入し、さらに該発光セル９を中心導体５の先端５ａに当接させる。そして、この状態で、金属メッシュ２７を発光セル９の端面９ｂに密着させながら、導電性押さえ部材２３を外導体３のフランジ１３にネジ２５により締結することにより、発光セル９が、金属メッシュ２７と共に、外導体３に組み付けられることとなる。同時に、このとき、金属メッシュ２７によって、半同軸共振器７の外導体５の第２端部側の短絡面も形成される。従って、本実施形態の光源装置１の組立を極めて容易に行なうことができると共に、その組立のための構成も極めて簡単なものとすることができる。その結果、光源装置１の製造コストを廉価にすることができる。

なお、金属メッシュ２７は、導電性押さえ部材２３にあらかじめ固定しておくようにしてもよい。また、本実施形態では、発光セル９内に、ＴＨｚ帯の光（電磁波）を発生する発光物質を封入するようにしたが、第１実施形態と同様に、可視光を発生する発光物質を封入しておくようにしてもよい。この場合、金属メッシュ２７の目開きｆは、第２実施形態の場合と同じでもよいが、可視光の波長よりも十分大きい範囲（可視光の波長の１０倍以上の範囲）で、第２実施形態の場合よりもさらに小さくしてもよい。いずれにせよ、金属メッシュにより、外導体３の第２端部側の短絡面を構成する場合には、該金属メッシュの目開きは、第２実施形態の場合と同様に、外導体３の内部空間で共振させるマイクロ波の波長よりも十分に小さく、且つ、発光物質が発生する光の波長よりも十分に大きく設定することが望ましい。

次に、本発明の光源装置の第３実施形態を図４を参照して説明する。図４は本実施形態の光源装置１’の縦断面図である。なお、本実施形態の光源装置１’は、第１実施形態の光源装置１と一部の構成のみが相違するものであるので、同一部分については、第１実施形態と同じ参照符号を用いて説明を省略する。そして、第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。

図４を参照して、本実施形態の光源装置１’では、外導体３の第１端部（図４の右端部）側の短絡板１１の内面（短絡面）１１ａに、中心導体５の一端面（図４の右端面）が接触されている。そして、該中心導体５は、短絡板１１の外面１１ｂ側から短絡板１１を貫通して締め付けられた金属製の（導電性の）ネジ３０により、短絡板１１に締結されている。これにより、中心導体５は、外導体３の第１端部側の短絡面１１ａに導通されている。

また、短絡板１１の中心と外周との間の箇所には、貫通孔３２が穿設されており、この貫通孔３１と同軸に、同軸コネクタ１５が短絡板１１の外面１１ｂ側に固定されている。そして、この同軸コネクタ１５の中心導体（図示せず）に導通するループアンテナ３４が外導体３の内部に設けられている。このループアンテナ３４は、一端部を同軸コネクタ１５の中心導体に連結した線状導体３６により構成されている。該線状導体３６は、同軸コネクタ１５の中心導体から前記貫通孔３２を通って、外導体３の内部空間に導入されている。そして、該線状導体３６は、その先端部が短絡板１１の内面１１ａ（短絡面）に接触して導通するように、折り曲げられている。これによりループアンテナ３４が構成されている。なお、線状導体３６は、貫通孔３２の内周面と非接触で、該貫通孔３２の箇所では、短絡板１１と絶縁されている。また、線状導体３６の先端を短絡板１１に半田付けなどにより固定してもよい。

本実施形態の光源装置１’は、以上説明した以外の構成は、前記第１実施形態の光源装置１と同じである。補足すると、図４では、外導体３の内周面と中心導体５の外周面との間隔ｂと、外導体３の内径ｄとを図１の光源装置１よりも大きくなっているが、それらの寸法は、図１の光源装置１と同じでもよい。いずれにせよ、本実施形態の光源装置１’も、前記光源装置１と同様に、ｃ＜ａ＜ｂの関係が成立するように構成される。

かかる本実施形態の光源装置１’では、同軸コネクタ１５に図示しない同軸ケーブルを介して供給されるマイクロ波は中心導体５とは別のループアンテナ３４を介して外導体３の内部空間に放射される。そして、その放射されたマイクロ波は、中心導体５と電磁的に結合して、共振する。その共振するマイクロ波のエネルギーによって、前記第１実施形態と同様に、発光セル９内の発光物質が均一的、且つ効率よく励起されて発光する。そして、その発生した光は、発光セル９の内部からＩＴＯ膜２１を透過して、前記導電性押さえ部材２３の中心部の穴を介して外部に放出される。

この場合、本実施形態では、中心導体５の短絡板１１側の端部が、短絡面１１ａの位置で構造的に該短絡版１１ａに短絡されている。このため、外導体３の内部空間に放射されるマイクロ波が効率よく中心導体５に結合し、該マイクロ波の共振が効率よく行なわれる。従って、該マイクロ波の共振のＱ値を高めることができ、ひいては、発光セル９内の発光物質の発光効率を高めることができる。

なお、本実施形態では、外導体３の内部空間にマイクロ波を放射するためのアンテナとして、ループアンテナ３４を用いたが、マイクロストリップアンテナなどの他の形態のアンテナを使用してもよい。

また、外導体３の第２端部（図４の左端部）側の短絡面は、前記第２実施形態の如く、金属メッシュ２７により構成するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態における光源装置の縦断面図。 第１実施形態における図１のＡ矢視図。 第２実施形態の光源装置を使用する金属メッシュを示す平面図。 本発明の第３実施形態における光源装置の縦断面図。

符号の説明

１…光源装置、３…外導体、５…中心導体、７…半同軸共振器、９…発光セル、１１ａ…外導体の一端部側の短絡面、２１…透明導電性膜、２３…導電性押さえ部材、２５…ネジ（締結部材）、２７…金属メッシュ、３４…ループアンテナ。

Claims (9)

1. 発光物質を封入した発光セルの内部にマイクロ波を供給し、該マイクロ波のエネルギーにより励起する前記発光物質が発生した光を該発光セルの外部に放射させるようにした光源装置において、
   管状に形成された外導体の両端部に該外導体と導通して該外導体の軸心と直交する短絡面を有すると共に、該外導体の軸心部に、該外導体の一端部側の短絡面から他端部側の短絡面に向かって該他端部側の短絡面と間隔を存する位置まで延在する中心導体を有し、該外導体の内部空間で共振させるマイクロ波が該外導体の外部から供給される半同軸共振器と、
   該半同軸共振器の外導体の内部空間のうち、前記中心導体の先端と前記外導体の他端部側の短絡面との間の間隔内の空間に収容された前記発光セルとを備え、
   前記半同軸共振器は、その中心導体の先端と外導体の他端部側の短絡面との間隔ａと、該中心導体の外周面と外導体の内周面との間隔ｂと、該中心導体の径ｃとの間にｃ＜ａ＜ｂの関係が満たされるように構成されており、
   前記発光セルは、その外周面を前記外導体の内周面に接触させて該外導体に嵌入可能な形状に形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記発光セルは、前記中心導体の先端位置で該中心導体の軸心と直交する平面と、前記外導体の他端部側の短絡面と、該外導体の内周面とで形成される空間と略同一の外形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記中心導体の軸心方向における前記発光セルの両端面のうち、少なくとも前記外導体の他端部側の端面は、該中心導体の軸心に直交する平面状に形成されており、前記外導体の他端部側の短絡面は、前記発光セルの両端面のうちの該外導体の他端部側の端面を被覆するように該端面に固着されて該外導体に導通された透明導電性膜により構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記透明導電性膜は、その周縁部が、前記外導体の他端部側端面に該外導体に導通して固定された環状の導電性押さえ部材に接触されて、該導電性押さえ部材を介して外導体に導通されており、前記発光セルは、その両端面のうちの前記中心導体側の端面が該中心導体の先端に当接されて、前記導電性押さえ部材と該中心導体との間に挟み込まれていることを特徴とする請求項３記載の光源装置。
5. 前記外導体の他端部側の短絡面は、該外導体の他端部の位置で該外導体に導通して設けられた金属メッシュにより構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
6. 前記中心導体の軸心方向における前記発光セルの両端面のうち、少なくとも前記外導体の他端部側の端面は、該中心導体の軸心に直交する平面状に形成されて前記金属メッシュに接触されていると共に、該発光セルの両端面のうちの前記中心導体側の端面は、該中心導体の先端に当接されており、さらに、該金属メッシュは、その周縁部が、前記外導体の他端部側端面に該外導体に導通して固定された環状の導電性押さえ部材に接触されて該導電性押さえ部材を介して外導体に導通されており、該発光セルおよび金属メッシュは、前記中心導体と導電性押さえ部材との間に挟み込まれていることを特徴とする請求項５記載の光源装置。
7. 前記導電性押さえ部材は、その周方向に間隔を存して配列される複数の締結部材を介して前記外導体の他端部側端面に固定され、該導電性押さえ部材の周方向で互いに隣合う締結部材同士の間隔は、前記外導体の内部空間で共振させるマイクロ波の波長の１／４よりも小さい間隔に設定されていることを特徴とする請求項４又は６記載の光源装置。
8. 前記発光セル内の発光物質が発生する光は、ＴＨｚ帯の電磁波であることを特徴とする請求項５又は６記載の光源装置。
9. 前記中心導体は、前記外導体の一端部側の短絡面に導通して設けられ、前記外導体の外部から供給されるマイクロ波を該外導体の内部空間に放射するアンテナが該外導体の一端部側の短絡面と前記発光セルとの間に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。

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