JP4897304B2

JP4897304B2 - 光源システム

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Publication number: JP4897304B2
Application number: JP2006037395A
Authority: JP
Inventors: 正之金近
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007220385A

Description

本発明は、マイクロ波を共振させる共振器に収容された発光セル内の発光物質を、該共振器で共振させる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システムに関する。

石英ガラスなどにより構成される発光セル（バルブ）内に、硫黄、水銀、Ａｒガス、Ｘｅガス等の発光物質を封入すると共にこの発光セルをマイクロ波共振器の内部空間（空洞）に収容してなる光源構造体を備えた光源システムが従来より知られている（例えば特許文献１を参照）。

この種の光源システムでは、マグネトロンなどのマイクロ波発振器から所定周波数（所定波長）のマイクロ波を光源構造体の共振器に供給して共振させ、その共振させたマイクロ波のエネルギーにより発光セル内の発光物質を励起して発光させる。

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、本明細書で光源構造体の発光セル内で発生させる「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。

また、この種の光源システムでは、前記特許文献１に見られるように、マイクロ波発振器が稼動中であるにもかかわらず、なんらかの原因で発光セル内の発光物質の発光が停止してしまった場合に、発光エネルギーに変換されないマイクロ波のエネルギーによって、光源構造体の共振器などの光源システムの部品が過剰に加熱されたりするのを防止するために、光源構造体における発光状態を受光素子等を使用して監視し、発光の停止が検知されたときに、マイクロ波発振器の動作を停止させるものが知られている。
特開２００３−１０９７８７号公報

ところで、前記光源システムの電源たるマイクロ波発振器が正常に稼動しているにも係わらず、光源システムの光源構造体における発光がなんらかの原因で停止してしまう異常が発生した場合には、直ちに代替の光源による発光が行なわれるようにすることが望ましい。特に、トンネル内での作業現場や医療現場などで前記光源システムを利用する場合には、使用していた光源システムの発光が停止してしまったときに、代替の光源の運転（発光）をできるだけ迅速に開始する必要性が高い。

しかしながら、前記特許文献１に見られる技術では、発光セル内の発光物質の発光が停止してしまった場合に、共振器などの発光システムの部品の保護は行なうことができるものの、停止した光源の代替となる光源や、その代替光源の発光を行なわせる手段が備えられていない。

この場合、例えば、前記光源システムに予備の光源構造体を備えておくと共に、主たる光源構造体における発光状態を前記特許文献１に見られる技術と同様に監視しておき、その主たる光源構造体における発光の停止を検知したときに、マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波を入力する光源構造体を主たる光源構造体から予備の光源構造体に切り換え、これにより、予備の光源構造体の発光を開始させることが考えられる。

しかるに、この場合には、主たる光源構造体の発光の停止の検知、およびその検知に応じた光源構造体の切り換えという動作が必要になるため、主たる光源構造体の発光の停止から、予備の光源構造体の発光の開始までに遅れを生じるという不都合がある。

本発明はかかる背景に鑑み、マイクロ波の共振器内に、発光物質を封入した発光セルを収容してなる光源構造体の発光が停止した時に、瞬時に代替の光源の発光を行なうことができる光源システムを提供することを目的とする。

本発明の光源システムは、かかる目的を達成するために、マイクロ波を共振させる内部空間を有する共振器に、発光物質が封入された発光セルを収容してなる光源構造体と、該光源構造体の共振器に供給するマイクロ波を出力するマイクロ波発振器とを備え、該マイクロ波発振器から前記光源構造体の共振器にマイクロ波を供給して、該マイクロ波を共振器の内部空間で共振させ、その共振したマイクロ波のエネルギーにより前記発光セル内の発光物質を励起して発光させるようにした光源システムにおいて、２つの前記光源構造体をそれぞれ主光源構造体、副光源構造体として備えると共に、前記マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波が第１のポートに入力されるサーキュレータを備え、該サーキュレータの第１のポートに結合する第２のポートを前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部に接続し、且つ、該第２のポートに結合する第３のポートを前記副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部に接続し、前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されたマイクロ波のエネルギーによって前記副光源構造体の発光セル内の発光物質の励起及び発光が行なわれることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記主光源構造体が正常である場合には、マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波は、サーキュレータの第１のポートからこれに結合（カップリング）する第２のポートを介して主光源構造体の共振器に供給されて、該共振器で共振し、その共振するマイクロ波のエネルギーによって該共振器内の発光セル内の発光物質が励起されて発光する。なお、このとき、主光源構造体に供給されるマイクロ波は、該主光源構造体のマイクロ波入力部でほとんど反射されないので、前記副光源構造体にはマイクロ波が実質的に供給されない。従って、該副光源構造体での発光は行なわれない。

一方、前記主光源構造体でのマイクロ波の共振が正常に行なわれなくなると、該主光源構造体の発光セル内の発光物質の正常な発光が停止すると共に、該主光源構造体に供給されるマイクロ波の大部分が該主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射される。そして、その反射されたマイクロ波は、サーキュレータの第２のポートからこれに結合（カップリング）する第３のポートを介して前記副光源構造体の共振器に供給される。このとき、該副光源構造体が正常である場合には、該副光源構造体の共振器でのマイクロ波の共振が開始し、その共振するマイクロ波のエネルギーによって副光源構造体の発光セル内の発光物質の励起・発光が行なわれる。この場合、主光源構造体において反射されたマイクロ波の副光源構造体への伝播は瞬時に行なわれるので、主光源構造体での正常な発光が停止すると、特別な制御処理を必要とすることなく、瞬時的に副光源構造体での発光を開始することができる。

従って、本発明によれば、主光源構造体の発光が停止した時に、瞬時に代替の光源としての副光源構造体の発光を行なうことができる。

なお、本発明の光源システムでは、マイクロ波発振器とサーキュレータの第１のポートとの間のマイクロ波伝送路には、マイクロ波発振器からサーキュレータの第１のポートに向かう方向のマイクロ波だけを通過させるアイソレータを介装することが望ましい。このようなアイソレータを備えることで、主光源構造体だけでなく、副光源構造体での発光も停止した場合に、副光源構造体のマイクロ波入力部で反射されるマイクロ波がサーキュレータを介してマイクロ波発振器まで戻ることを防止する（該マイクロ波をアイソレータで吸収させる）ことができる。

また、前記光源構造体の共振器としては、半同軸共振器や同軸共振器が挙げられる。

かかる本発明の光源システムでは、前記サーキュレータの第３ポートと副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部との間のマイクロ波伝送路に介装された方向性結合器と、前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されて前記サーキュレータの第３のポートから出力されるマイクロ波と前記副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されて前記サーキュレータの第３のポートに戻るマイクロ波とを前記方向性結合器の出力から検出する検出手段と、該検出手段の出力から前記主光源構造体および副光源構造体の発光状態を監視し、該主光源構造体および副光源構造体の両者の発光が停止したことを検知したとき、前記マイクロ波発振器の動作を停止させる監視手段とを備えることが好ましい。

すなわち、主光源構造体での正常な発光が停止すると、該主光源構造体に供給されるマイクロ波が該主光源構造体のマイクロ波入力部で反射され、それがサーキュレータの第３のポートから出力される。さらに、副光源構造体での正常な発光が停止すると、該副光源構造体に供給されるマイクロ波が該副光源構造体のマイクロ波入力部で反射され、それがサーキュレータの第３のポートに戻る。従って、両光源構造体での正常な発光が停止したときには、そのことを、上記のように各光源構造体のマイクロ波入力部で反射されるマイクロ波を検出することで検知することができる。この場合、当該反射されるマイクロ波は、前記方向性結合器を用いることで容易に抽出して検出できる。そして、主光源構造体および副光源構造体の両者の発光が停止したことを検知したとき、前記マイクロ波発振器の動作を停止させることによって、光源システムの部品が過剰に過熱されたりするのを防止できる。

なお、前記検出手段としては、例えば公知のダイオード検波器などを使用すればよい。

本発明の光源システムの一実施形態を図１を参照して説明する。図１は本実施形態の光源システムの全体構成を示す図である。

図１を参照して、本実施形態の光源システム１は、２つの光源構造体３，４と、これらの光源構造体３，４に供給するマイクロ波を出力するマイクロ波発振器６と、光源構造体３，４における発光状態を監視する監視装置８とを備えている。

光源構造体３，４は、いずれも同じ構造であり、以下に、その構造を説明する。なお、この説明では、各光源構造体３，４の構成要素に同じ参照符号を付する。また、光源構造体３，４は、それぞれ、本発明における主光源構造体、副光源構造体に相当するものである。

各光源構造体３，４は、マイクロ波を共振させる内部空間を有する共振器１０に、発光物質が封入された発光セル１２を収容したものである。

共振器１０は、本実施形態の例では半同軸共振器である。この半同軸共振器１０は、円筒状の外導体１４とその軸心部に該外導体１４と同軸に設けられた中心導体１６とを備える。外導体１４および中心導体１６は、金属などの導体材から構成されている。また、中心導体１６は、その横断面（中心導体１６の軸心に直行する断面）が円形となる棒状のものである。なお、外導体１４は、円筒状に形成した金属メッシュにより構成してもよい。その場合、外導体１４を構成する金属メッシュの目開きは、外導体１４の内部空間で共振させるマイクロ波を透過しないような寸法（該マイクロ波の波長よりも十分に小さい寸法）に設定される。

外導体１４の一端部（図１では右側端部。以下、第１端部という）には、その第１端部側の短絡面１８ａ（外導体１４の内部空間で共振させるマイクロ波の反射面）を構成する金属製の短絡板２０が設けられている。短絡板２０は、本実施形態では、外導体１４と一体に形成されて該外導体１４に導通し、該外導体１４の第１端部を閉蓋している。そして、短絡板２０の内面（外導体１４の内部空間に臨む面）が外導体１４の第１端部側の短絡面１８ａとなっている。なお、短絡板２０は、外導体１４と別体に構成し、ネジ等の締結部材で外導体１４に固定するようにしてもよい。

外導体１４の他端部（図１では左側端部。以下、第２端部という）には、その第２端部側の短絡面１８ｂを構成する金属メッシュ２２が外導体１４と導通して装着され、該金属メッシュ２２により外導体１４の第２端部が閉蓋されている。この金属メッシュ２２の内面（外導体１４の内部空間に臨む面）が短絡面１８ｂとなっている。この場合、金属メッシュ２２は、その目開きが、外導体１４の内部空間で共振させるマイクロ波を透過しないような寸法（該マイクロ波の波長よりも十分に小さい寸法）に設定されていると共に、各光源構造体３，４で発生させる光を十分に透過し得る寸法（その光の波長よりも十分に大きい寸法）に設定されている。この金属メッシュ２２の短絡面１８ｂと短絡板２０の短絡面１８ａと外導体１４の内周面とで囲まれた空間（外導体１４の内部空間）が、共振器１０においてマイクロ波を共振させる空洞である。

前記短絡板２０の外面には、共振器１０のマイクロ波入力部としての同軸コネクタ２４が外導体１４と同軸心に装着されている。そして、前記中心導体１６は、その短絡板２０側の端部が短絡板２０に穿設された貫通穴２０ａに挿入され、同軸コネクタ２４の図示しない中心導体に結合されている。具体的には、例えば、中心導体１６の短絡板２０側の端部には、その軸心部に孔が穿設されており、この孔に同軸コネクタ２４の中心導体を挿入して、半田付けなどにより、中心導体１６と同軸コネクタ２４の中心導体とが結合されている。なお、中心導体１６は、貫通穴２０ａ内で該中心導体１６の周囲に設けられた絶縁物２６を介して外導体１４と絶縁されている。また、同軸コネクタ２４の外周部は、外導体１４に導通されている。

そして、中心導体１６は、外導体１４の内部空間で、短絡板２０側から金属メッシュ２２に向かって外導体１４と同軸心に延在する。この場合、共振器１０は、半同軸共振器であるので、中心導体１６の先端は金属メッシュ２２の短絡面１８ｂと間隔を存している。

本実施形態における各光源構造体３，４の共振器１０は、以上説明したように外導体１４、中心導体１６、短絡板２０、金属メッシュ２２、および同軸コネクタ２４を備えた半同軸共振器である。この共振器１０では、その内部空間に同軸コネクタ２４および中心導体１６を介してマイクロ波を供給可能としている。この場合、共振器１０の内部空間で、前記マイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波（その波長を以下、λとする）を共振させるために、中心導体１６の長さＬ（詳しくは、短絡面１８ａから中心導体１６の先端までの距離）がλ／４に設定されている。なお、より一般的には、中心導体１６の長さＬは、λ／４の奇数倍の長さであればよい。

前記発光セル１２は、中心導体１６の先端と金属メッシュ２２との間で共振器１０の内部空間（外導体１４の内部空間）に収容されている。本実施形態では、発光セル１２は、中空の円板形状に形成され、その外周面を外導体１４の内周面に接触させた状態で外導体１４と同軸心に該外導体１４の内部空間に収容されている。そして、該発光セル１２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。発光物質の種類は、光源構造体３，４で発生させようとする所望の光の波長（もしくは周波数）に応じて選択される。なお、発光セル１２は、共振器１０で共振させるマイクロ波が透過し、且つ、該発光セル１２内の発光物質が励起されて発生する光が透過し得る材質から構成され、その材質は、本実施形態では石英ガラスである。

補足すると、本実施形態では、外導体１４の第２端部側の短絡面１８ｂを金属メッシュ２２により構成したが、発光セル１２内の発光物質から発光させる光が可視光である場合には、発光セル１２の軸心方向の両端面のうちの、外導体１４の第２端部側の端面に透明導電性膜（いわゆるＩＴＯ膜）を固着して外導体１４に導通させ、その透明導電性膜により外導体１４の第２端部側の短絡面を構成してもよい。

また、光源構造体３，４の共振器１０は、半同軸共振器でなくてもよく、例えば同軸共振器であってもよい。さらに、共振器１０は、その内部空間に導波管を介してマイクロ波を供給し得るように構成してもよい。

前記マイクロ波発振器６は、アイソレータ２８およびサーキュレータ３０を介して光源構造体３，４の同軸コネクタ２４，２４に接続されている。

ここで、アイソレータ２８は、入力ポート２８ａと出力ポート２８ｂとを備え、その入力ポート２８ａから出力ポート２８ｂに向かう方向にはマイクロ波を通過させるが、出力ポート２８ｂから入力ポート２８ａに向かう方向にはマイクロ波を通過させない（該マイクロ波のエネルギーをアイソレータ２８に備えた負荷（図示せず）で消費する）機能を持つ。なお、本実施形態の例では、アイソレータ２８はサーキュレータ型のアイソレータである。その場合、出力ポート２８ｂに結合（カップリング）する図示しないポートに負荷が設けられる。

また、サーキュレータ３０は、第１のポート３０ａ、第２のポート３０ｂ、第３のポート３０ｃの３つのポートを備え、第１のポート３０ａは、第２のポート３０ｂに結合（カップリング）され、第２のポート３０ｂは第３のポート３０ｃに結合（カップリング）され、第３のポート３０ｃは第１のポート３０ａに結合（カップリング）されている。すなわち、該サーキューレータ３０では、第１のポート３０ａから第２のポート３０ｂへのマイクロ波の通過、第２のポート３０ｂから第３ポート３０ｃへのマイクロ波の通過、および第３のポート３０ｃから第１ポート３０ａへのマイクロ波の通過だけが許容されるものである。

そして、マイクロ波発振器６は、アイソレータ２８の入力ポート２８ａに、同軸ケーブルもしくは導波管からなるマイクロ波伝送路３２を介して接続されている。さらに、アイソレータ２８の出力ポート２８ｂが同軸ケーブルもしくは導波管からなるマイクロ波伝送路３４を介してサーキュレータ３０の第１のポート３０ａに接続されている。また、サーキューレータ３０の第２のポート３０ｂが光源構造体３の同軸コネクタ２４に同軸ケーブル３６を介して接続されると共に、サーキュレータ３０の第３のポート３０ｃが、同軸ケーブル３８、方向性結合器４０、および同軸ケーブル４２を順に介して光源構造体４の同軸コネクタ２４に接続されている。なお、各光源構造体４の共振器１０のマイクロ波入力部に導波管の結合部を設けておき、同軸ケーブル３６，３８，４２の代わりに導波管を使用してもよい。また、方向性結合器４０については後述する。

本実施形態では、上記のようにマイクロ波発振器６と各光源構造体３，４とが接続されているので、マイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波は、光源構造体３の共振器１０が該マイクロ波を正常に共振させることができる状態では、アイソレータ２８およびサーキュレータ３０を介して光源構造体３の共振器１０に供給される。そして、光源構造体３の共振器１０がマイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波を共振させることができない状態（この状態は光源構造体３の発光セル１２内の発光物質を発光させることができない状態である）になると、マイクロ波発振器６からアイソレータ２８およびサーキュレータ３０を介して光源構造体３に伝送されるマイクロ波は、該光源構造体３の同軸コネクタ２４の終端で反射され、その反射されたマイクロ波（以降、光源構造体３からの戻りマイクロ波という）がサーキュレータ３０の第２のポート３０ｂおよび第３のポート３０ｃを経由して、光源構造体４の共振器１０に供給されるようになっている。さらに、光源構造体４の共振器１０が光源構造体３からの戻りマイクロ波を共振させることができない状態（この状態は光源構造体４の発光セル１２内の発光物質を発光させることができない状態である）になると、その戻りマイクロ波が光源構造体４の同軸コネクタ２４の終端で反射され、その反射されたマイクロ波（以降、光源構造体４からの戻りマイクロ波という）が、サーキュレータ３０の第３のポート３０ｃおよび第１のポート３０ａを経由してアイソレータ２８に伝送され、該アイソレータ２８で吸収されることとなる。

前記方向性結合器４０は、光源構造体３からの戻りマイクロ波の電力と、光源構造体４からの戻りマイクロ波の電力とを検出するために、サーキューレータ３０の第３のポート３０ｃと光源構造体４との間のマイクロ波伝送路に介装したものである。この方向性結合器４０は、前記同軸ケーブル３８，４２をそれぞれ接続したポート４０ａ，４０ｂと、これらのポート４０ａ，４０ｂにそれぞれ結合（カップリング）する２つの出力ポート４０ｃ，４０ｄを備える。そして、出力ポート４０ｃには、ポート４０ａ側から方向性結合器４０に入力されるマイクロ波、すなわち、光源構造体３からの戻りマイクロ波の一部が出力され、出力ポート４０ｄには、ポート４０ｂ側から方向性結合器４０に入力されるマイクロ波、すなわち、光源構造体４からの戻りマイクロ波の一部が出力されるようになっている。この場合、出力ポート４０ｃ，４０ｄから出力されるマイクロ波の電力は、それぞれ方向性結合器４０のポート４０ａ，４０ｂに入力される戻りマイクロ波の電力にほぼ比例する。但し、出力ポート４０ｃ，４０ｄから出力されるマイクロ波の電力は、方向性結合器４０のポート４０ａ，４０ｂにそれぞれ入力される戻りマイクロ波の電力に比して十分に小さい電力である。

そして、方向性結合器４０の出力ポート４０ｃ，４０ｄには、それぞれ、該出力ポート４０ｃ，４０ｄに出力されるマイクロ波を検波するダイオード検波器４４ａ，４４ｂが減衰器４６ａ，４６ｂを介して接続されている。該ダイオード検波器４４ａ，４４ｂは、本発明における検出手段に相当するものであり、方向性結合器４０の出力ポート４０ａ，４０ｂにそれぞれ出力されるマイクロ波の電力に応じた電気信号出力（電圧信号）、換言すれば、各光源構造体３，４からの戻りマイクロ波の電力に応じた電気信号出力を発生する。

なお、ダイオード検波器４４ａ，４４ｂは、一般に、感度（入力されるマイクロ波電力の変化に対する出力電圧の変化の度合い）は高いが、温度依存性も比較的高い２乗検波領域（非線形検波領域）と、感度は比較的低いが温度依存性も低い直線検波領域とを持つ。この場合、環境温度の影響をできるだけ小さくして、戻りマイクロ波の電力を適切に監視できるようにするためには、上記直線検波領域でダイオード検波器４４ａ，４４ｂを動作させることが望ましい。このために、本実施形態では、減衰器４６ａ，４６ｂによって、それぞれ、ダイオード検波器４４ａ，４４ｂに入力されるマイクロ波の電力が適切な範囲の電力（各ダイオード検波器４４ａ，４４ｂが前記直線検波領域で動作するような電力）になるように調整している。

前記監視装置８は、制御回路ユニットから構成されたものであり、ダイオード検波器４４ａ，４４ｂのそれぞれの出力（電圧）が入力される。そして、監視装置８は、ダイオード検波器４４ａ，４４ｂのそれぞれの出力（電圧）を所定の閾値と比較することにより、各光源構造体３，４での発光が正常に行なわれているか否かを判断し、いずれかの光源構造体３，４の発光が正常に行なわれていない場合に、その旨を示す異常信号を外部に出力するようにしている。この場合、ダイオード検波器４４ａの出力が所定の閾値を超えたときに（この状態は光源構造体３からの戻りマイクロ波の電力が大きい状態である）、光源構造体３でのマイクロ波の共振が行わなれずに、該光源構造体３での発光が正常に行なわれていない（発光が停止した）と判断される。同様に、ダイオード検波器４４ｂの出力が所定の閾値を超えたときに（この状態は光源構造体４からの戻りマイクロ波の電力が大きい状態である）、光源構造体４でのマイクロ波の共振が行わなれずに、該光源構造体４での発光が正常に行なわれていない（発光が停止した）と判断される。

また、本実施形態では、マイクロ波発振器６は、その動作の停止を監視装置８からの指令信号により行なうことが可能となっている。そして、監視装置８は、光源構造体３，４の両者の発光が停止したと判断したときには、マイクロ波発振器６の動作を停止させる指令信号（以下、停止指令信号という）をマイクロ波発振器６に出力するようにしている。

補足すると、各ダイオード検波器４４ａ，４４ｂの出力を比較する前記所定の閾値は、両検波器４４ａ，４４ｂに対して同じ値でもよいが、光源構造体３からの戻りマイクロ波の電力と、光源構造体４からの戻りマイクロ波の電力との差異や、各検波器４４ａ，４４ｂの特性の差異などを考慮して、両検波器４４ａ，４４ｂに対して多少異なる値に設定するようにしてもよい。

次に、本実施形態の光源システムの作動を説明する。

マイクロ波発振器６を起動すると、マイクロ波発振器６から所定周波数のマイクロ波が出力される。この出力されたマイクロ波は、アイソレータ２８およびサーキュレータ３０を経由して、主光源構造体としての光源構造体３の共振器１０に供給される。この場合、光源構造体３が正常であれば、該光源構造体３の共振器１０でマイクロ波が共振し、その共振するマイクロ波のエネルギーによって発光セル１２内の発光物質が励起されて発光し、その発生した光が前記金属メッシュ２２を通って外部に放出される。なお、このように光源構造体３での発光が正常に行なわれている状態（光源構造体３の共振器１０でのマイクロ波の共振が正常に行なわれている状態）では、光源構造体３からの戻りマイクロ波はほとんど無いので、光源構造体４にはマイクロ波が供給されず、該光源構造体４での発光は行なわれない。また、ダイオード検波器４４ａ，４４ｂの出力は、所定の閾値よりも小さいレベルに保持される。

一方、例えば光源構造体３の発光セル１２から発光物質が漏出している、あるいは、光源構造体３の発光時の発熱に伴う半田付けの溶融や中心導体１６などの熱膨張によって同軸コネクタ２４の中心導体と共振器１０の中心導体１６との間の導通・結合が不完全になった、あるいは、中心導体１６などの熱膨張によって共振器１０の共振周波数がマイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波の周波数に対して比較的大きくずれた、などの原因によって、該マイクロ波が光源構造体３の共振器１０で正常に共振できなくなる場合がある。その場合には、光源構造体３の発光セル１２内の発光物質の正常な励起・発光が停止すると共に、光源構造体３に供給されるマイクロ波の大部分が該光源構造体３の同軸コネクタ２４の終端で反射され、該光源構造体３からの戻りマイクロ波（マイクロ波発振器６から出力されるマイクロ波とほぼ同等の電力のマイクロ波）が発生する。

このように光源構造体３からの戻りマイクロ波が発生すると、この戻りマイクロ波は、は、前記した如くサーキュレータ３０および方向性結合器４０を経由して、副光源構造体としての光源構造体４の共振器１０に供給される。このとき、該光源構造体４が正常であれば、光源構造体３からの戻りマイクロ波が光源構造体４の共振器１０で共振し、その共振するマイクロ波のエネルギーによって、光源構造体４の発光セル１２内の発光物質が励起されて発光する。この場合、光源構造体３からの戻りマイクロ波の発生、およびその戻りマイクロ波の光源構造体４への供給は瞬時に行なわれるので、光源構造体４での発光が停止すると、直ちに（瞬時的に）、光源構造体４での発光を開始することができる。

このように、本実施形態の光源システムでは、光源構造体３の正常な発光が停止すると、瞬時に光源構造体４での発光を開始することができ、該光源構造体４を適切に代替光源として機能させることができる。

また、光源構造体３での発光が停止し、光源構造体３からの戻りマイクロ波が発生すると、それが、ダイオード検波器４４ａで検波され、該ダイオード検波器４４ａの出力（電圧）が前記所定の閾値を超える。このとき、前記監視装置８は、光源構造体３での正常な発光が行なわれていないと判断し、その旨を示す異常信号を出力する。なお、この異常信号は、例えば警報発生などに利用される。

さらに、光源構造体４での正常な発光が、光源構造体３の場合と同様の原因などによって停止すると、該光源構造体４からの戻りマイクロ波が発生し、その戻りマイクロ波は、方向性結合器４０およびサーキュレータ３０を経由して、アイソレータ２８に供給され、該アイソレータ２８で吸収される。また、このとき、光源構造体４からの戻りマイクロ波が、ダイオード検波器４４ｂで検波され、該ダイオード検波器４４ｂの出力（電圧）が前記所定の閾値を超える。なお、このとき、ダイオード検波器４４ａの出力は、所定の閾値を超えた状態に維持される。

このとき、前記監視装置８は、光源構造体３，４の両者での正常な発光が行なわれていないと判断し、その旨を示す異常信号を出力する。なお、この異常信号は、光源構造体３での発光の停止の場合と同様に、例えば警報発生などに利用される。さらにこのとき、該監視装置８は、マイクロ波発振器６に前記停止指令信号を出力し、これにより、マイクロ波発振器６の動作を停止させる。

このように本実施形態では、光源構造体３，４の両者ともが正常な発光を行なえない状態になったときには、マイクロ波発振器６の動作を停止する。これにより、光源システム１における無駄な発熱やエネルギー消費を抑えると共に、光源システム１の部品（アイソレータ２８など）が過熱状態になるのを防止できる。

なお、以上説明した光源システム１では、光源構造体３，４を２つだけ備えたが、さらに多くの光源構造体を備えてもよい。例えば前記実施形態の光源システム１に対し、２つの光源構造体３，４に加えて、これらと同一構成の光源構造体を１つ追加する。そして、前記サーキュレータ３０の第３のポート３０ｃと光源構造体３との間のマイクロ波伝送路に新たなサーキュレータを介装して、サーキュレータ３０の第３のポート３０ｃを光源構造体３側に結合（カップリング）し、さらに、該光源構造体３を新たなサーキュレータを介して、追加した光源構造体に結合する（カップリング）ようにしてもよい。その場合には、光源構造体３，４の両者の発光ができなくなったときに、追加した光源構造体での発光を瞬時に開始することができる。

本発明の一実施形態の光源システムの全体構成を示す図。

符号の説明

１…光源システム、３…光源構造体（主光源構造体）、４…光源構造体（副光源構造体）、６…マイクロ波発振器、８…監視手段、１０…共振器、１２…発光セル、２４…同軸コネクタ（マイクロ波入力部）、３０…サーキュレータ、３０ａ…第１のポート、３０ｂ…第２のポート、３０ｃ…第３のポート、４０…方向性結合器、４４ａ，４４ｂ…ダイオード検波器（検出手段）。

Claims

マイクロ波を共振させる内部空間を有する共振器に、発光物質が封入された発光セルを収容してなる光源構造体と、該光源構造体の共振器に供給するマイクロ波を出力するマイクロ波発振器とを備え、該マイクロ波発振器から前記光源構造体の共振器にマイクロ波を供給して、該マイクロ波を共振器の内部空間で共振させ、その共振したマイクロ波のエネルギーにより前記発光セル内の発光物質を励起して発光させるようにした光源システムにおいて、
２つの前記光源構造体をそれぞれ主光源構造体、副光源構造体として備えると共に、前記マイクロ波発振器から出力されるマイクロ波が第１のポートに入力されるサーキュレータを備え、該サーキュレータの第１のポートに結合する第２のポートを前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部に接続し、且つ、該第２のポートに結合する第３のポートを前記副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部に接続し、前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されたマイクロ波のエネルギーによって前記副光源構造体の発光セル内の発光物質の励起及び発光が行なわれることを特徴とする光源システム。
前記サーキュレータの第３ポートと副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部との間のマイクロ波伝送路に介装された方向性結合器と、前記主光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されて前記サーキュレータの第３のポートから出力されるマイクロ波と前記副光源構造体の共振器のマイクロ波入力部で反射されて前記サーキュレータの第３のポートに戻るマイクロ波とを前記方向性結合器の出力から検出する検出手段と、該検出手段の出力から前記主光源構造体および副光源構造体の発光状態を監視し、該主光源構造体および副光源構造体の両者の発光が停止したことを検知したとき、前記マイクロ波発振器の動作を停止させる監視手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光源システム。