特開 2022-170807 紫外光照射装置、紫外光照射装置の使用方法、及び紫外光の照射方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022170807

(43)【公開日】2022-11-11

(54)【発明の名称】紫外光照射装置、紫外光照射装置の使用方法、及び紫外光の照射方法

(51)【国際特許分類】

   A61L 2/10 20060101AFI20221104BHJP

   A61L 9/20 20060101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

A61L2/10

A61L9/20

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021077022

(22)【出願日】2021-04-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤名 恭典

【テーマコード（参考）】

4C058

4C180

【Ｆターム（参考）】

4C058AA02

4C058AA23

4C058AA28

4C058BB07

4C058DD16

4C058KK02

4C058KK12

4C058KK23

4C058KK32

4C058KK50

4C180AA07

4C180DD03

4C180HH17

4C180KK04

4C180LL04

(57)【要約】

【課題】人体に対する安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光の照射装置、前記照射装置の使用方法、及び前記紫外光の照射方法を提供する。
【解決手段】本発明の紫外光照射装置は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、前記光源を収容する筐体と、前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系と、を含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系と、を備えることを特徴とする紫外光照射装置。

【請求項2】

前記発散光学系の入射側に、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長帯域の紫外光を透過し、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの波長帯域の紫外光を実質的に透過しない光学フィルタを備えることを特徴とする、請求項１に記載の紫外光照射装置。

【請求項3】

前記光学フィルタと前記発散光学系との離間距離は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の紫外光照射装置。

【請求項4】

前記発散光学系は、レンズアレイを含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。

【請求項5】

前記光源は少なくとも一つのエキシマランプからなり、
前記レンズアレイを構成する小レンズの数は、前記エキシマランプの数と同じであり、
前記小レンズの長手方向が前記エキシマランプの長手方向に沿うことを特徴とする、請求項４に記載の紫外光照射装置。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置を、出射される紫外光の少なくとも一部が空間に向けて照射されるように配置し、前記紫外光照射装置に前記紫外光を放射させる、紫外光照射装置の使用方法。

【請求項7】

１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、を備え、
前記筐体は、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系を取り付けるための取付部を有することを特徴とする、紫外光照射装置。

【請求項8】

光源から１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射し、
発散光学系を使用して前記紫外光の配光角を拡大することを特徴とする、紫外光の照射方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、紫外光照射装置、紫外光照射装置の使用方法、及び紫外光の照射方法に関する。

【背景技術】

【0002】

細菌、真菌及びウイルス等の病原体は、波長２６０ｎｍ付近に最も高い吸収特性を示すことが知られている。そのため、低圧水銀ランプを使用して、波長２５４ｎｍ付近に高い発光スペクトルを示す紫外光を、病原体の存在する物体表面や空間に照射し、病原体を不活化させる技術が、従来から知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、紫外光を出射する殺菌ランプを調理場等に取り付けて、調理場の殺菌を行うことが記載されている。また、特許文献２には、室内に浮遊する細菌やウイルスに紫外光を照射して殺菌することが記載されている。

【0004】

加えて、特許文献１や特許文献２に記載の紫外光照射装置は、人体に有害な紫外光を使用している。そのため、紫外光が人体に向かわないように、出射する紫外光に指向性を持たせるなどの対策をとっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６３－１８７２２１号公報

【特許文献2】特開２０１７－０１８４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、細菌、真菌及びウイルス等の病原体は、空間のあらゆる部分に存在する。病原体は、人の口や鼻から、呼気、唾、咳またはくしゃみとして飛散する飛沫又はエアロゾルに含まれていることが多い。病原体を含む飛沫は、人体表面（例えば、皮膚や髪の毛）、又は人が接触する物体表面（例えば、家具や事務機器）に付着する。病原体を含むエアロゾルは、空間を浮遊し拡散する。

【0007】

人体に有害な紫外光を照射することの危険性から、従来の紫外光照射装置は、人のいない方向に向けてのみ紫外光を照射していた。よって、従来の紫外光照射装置は、病原体の不活化に限界があった。

【0008】

本発明は、安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光照射装置、当該紫外光照射装置の使用方法、及び紫外光の照射方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の紫外光照射装置は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系と、を備える。

【0010】

発散光学系で紫外光の配光角を拡大することにより、広い範囲に亘って紫外光を照射できるようになる。よって、浮遊する病原体が存在し得る空間の隅々にまで紫外光を照射できるようになる。また、微生物を不活化させたい領域を、少数の紫外光照射装置でカバーできるようになるという観点から、コスト効果に優れる。

【0011】

紫外光は全ての波長帯域において人体に対する有害性を示すわけではない。２４０ｎｍ以上の紫外光はヒト細胞や動物細胞に対する有害性が報告されているが、それよりも波長帯が短い紫外光は、ヒト細胞や動物細胞に対する貫通力が小さくなるため、人や動物に対する有害性が極めて低くなる。

【0012】

本発明者は、有害性の極めて低い、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外光を使用して、人や動物のいる方向にも紫外光を照射できるようにした。これにより、安全性を確保しつつ、病原体を不活化できる。本明細書において、「不活化」とは、菌やウイルスを死滅させる、又は、感染力や毒性を失わせることを包括する概念を指す。

【0013】

本発明の対象製品は、人や動物の皮膚や目に紅斑や角膜炎を起こすことはなく、紫外光本来の殺菌、ウイルスの不活化能力を提供することができる。特に、本発明の対象製品は、従来の紫外光源とは異なり、有人環境で使用できるという特徴を有する。この特徴を活用し、屋内又は屋外の有人環境に本発明の対象製品を設置することで、環境全体を照射することができ、空気中又は環境内に設置された部材表面に存在する、ウイルス又は菌を抑制できる。

【0014】

このことは、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標３「あらゆる年齢の全ての人々が健康的な生活を確保し、福祉を促進する」に対応し、また、ターゲット３．３「２０３０年までに、エイズ、結核、マラリア及び顧みられない熱帯病といった伝染病を根絶すると共に、肝炎、水系感染症及びその他の感染症に対処する」に大きく貢献するものである。

【0015】

波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外光を使用して、物体表面や空間中に存在する病原体の不活化を行う場合、対象となる物体表面や空間において、照射される紫外光の照度（光強度）や照射量（積算光量）が、不活化の効果を決める要因となる。

【0016】

ＡＣＧＩＨ（American Conference of Governmental Industrial Hygienists：米国産業衛生専門家会議）やＪＩＳ Ｚ ８８１２（有害紫外放射の測定方法）によれば、人体への１日（８時間）あたりの紫外光照射量は、波長ごとに許容限界値（ＴＬＶ：Threshold Limit Value）が定められている。上述したように、波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の紫外光の有害性は極めて低いものではあるが、安全な運用を行うためには、所定時間当たりに照射される紫外光の照度と照射量を制限し、上記許容限界値を超えないようにすることが、望ましい。

【0017】

本発明者の鋭意研究によれば、紫外光照射装置から出射される紫外光の照度は一様ではなく、偏った配向分布を示す（ムラがある）ことがわかった。そのため、ＴＬＶを考慮して紫外光照射装置の運用を設定する際、局所的に強い光を受ける領域に合わせて、紫外光の照射量（積算光量）の上限を設定しなければならない。そうすると、局所的に弱い光を受ける領域における紫外光の照射量は、必要以上に制限されてしまう。

【0018】

本発明は、発散光学系を使用することにより局所的に強い光線を発散させて、光強度の配向分布を均一化できる。その結果、ＴＬＶを考慮して紫外光照射装置の運用を設定する際、紫外光照射量の上限の制約を受けにくくなる。よって、発散光学系を使用することにより、より高いレベルでの安全性を確保しつつ、紫外光照射量の上限の制約を受けにくくできる。

【0019】

さらに高いレベルでの安全性を確保するために、発散光学系によって紫外光の局所的な最大照度（最も強度の高い光が照射される局所領域での照度）を抑制しても構わない。例えば、発散光学系の光放射面における紫外光の局所的な最大照度を３ｍＷ／ｃｍ^２以下、さらには、１ｍＷ／ｃｍ^２以下に抑制するようにしてもよい。

【0020】

発散光学系は光の減衰が小さく、出射効率を高められるという特徴がある。加えて、所望の配光角を狙った発散光学系の光学設計が可能である。

【0021】

前記発散光学系の入射側に、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長帯域の紫外光を透過し、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの波長帯域の紫外光を実質的に透過しない光学フィルタを備えても構わない。これにより、人体に影響を及ぼすおそれのある波長帯域の紫外光が筐体の外に漏洩することを確実に抑えて、光照射装置の人体に対する安全性をさらに向上させる。さらに、光学フィルタを使用して配光角が小さくなった場合においても、光学フィルタの出射側に発散光学系を配置すると、大きな配光角を得ることができる。

【0022】

前記光学フィルタと前記発散光学系との離間距離は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下であっても構わない。光学フィルタの出射光を効果的に発散光学系に入射させることができ、出射効率を高めることができる。

【0023】

前記発散光学系は、レンズアレイを含んでも構わない。

【0024】

前記光源は少なくとも一つのエキシマランプからなり、
前記レンズアレイを構成する小レンズの数は、前記エキシマランプの数と同じであり、
前記小レンズの長手方向が前記エキシマランプの長手方向に沿っても構わない。これにより、レンズアレイは、エキシマランプからの出射光を効果的に発散させる。

【0025】

本発明の紫外光照射装置の使用方法は、上述の紫外光照射装置を、出射される紫外光の少なくとも一部が空間に向けて照射されるように配置し、上述の紫外光照射装置に前記紫外光を放射させる。

【0026】

本発明の紫外光照射装置は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、を備え、
前記筐体は、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系を取り付けるための取付部を有する。これにより、紫外光照射装置に、発散光学系を後付けできる。

【0027】

本発明の紫外光照射方法は、光源から１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射し、
発散光学系を使用して前記紫外光の配光角を拡大する。

【発明の効果】

【0028】

これにより、安全性を確保しつつ、病原体を効果的に不活化できる紫外光照射装置、当該紫外光照射装置の使用方法、及び紫外光の照射方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】紫外光照射装置の外観を模式的に示す斜視図である。

【図2】紫外光照射装置の外観を模式的に示す斜視図である。

【図3】紫外光照射装置から光源と電極ブロックのみを取り出して示す斜視図である。

【図4】図１のＣ１面における断面模式図である。

【図5】発散光学系よる出射光の配光角の拡大作用について説明する図である。

【図6】発光ガスにＫｒＣｌが含まれるエキシマランプの発光スペクトルの一例である。

【図7】光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。

【図8】光学フィルタに対する紫外光の入射角を説明するための模式的な図面である。

【図9】紫外光照射装置の第一変形例を示す断面模式図である。

【図10】紫外光照射装置の第二変形例を示す断面模式図である。

【図11】紫外光照射装置の第二実施形態を示す断面模式図である。

【図12】紫外光照射装置の配光角を計測するための計測設備の模式図である。

【図13】実施例で使用した発散光学系を示す断面模式図である。

【図14】紫外光照射装置の、相対照度の角度分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

紫外光照射装置の一実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

【0031】

以下において、各図面は、適宜、ＸＹＺ座標系を参照しながら説明される。ＸＹＺ座標系は、放射される紫外光の光軸上の光線が進行する方向を＋Ｘ方向とし、Ｘ方向に直交する平面をＹＺ平面としている。なお、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

【0032】

＜第一実施形態＞
［紫外光照射装置の概要］
図１、図２及び図３を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の一実施形態を説明する。図１及び図２は、紫外光照射装置の外観を模式的に示す斜視図である。図３は、紫外光照射装置から光源と電極ブロックのみを取り出して示す斜視図である。

【0033】

本実施形態の紫外光照射装置１０は、紫外光を放射するエキシマランプ３（図２又は図３参照）と、エキシマランプ３を収容する筐体２と、エキシマランプ３より放射された紫外光を筐体２の外へ＋Ｘ方向に取り出す取出し部４と、紫外光を拡散させる発散光学系５と、後述する光学フィルタと、を有する。図１及び図２において、矢印Ｌ１は、エキシマランプ３より出射する紫外光の光軸と、光軸上の光線の進行方向を示す。

【0034】

本実施形態において、筐体２は、中央に取出し部４として機能する開口を有する第一枠２ａと、開口を有さない第二枠２ｂと、から構成される。第二枠２ｂと第一枠２ａは互いに嵌め合わされて、筐体２に囲まれた内部空間を形成する。この内部空間には、エキシマランプ３と、エキシマランプ３に電力を供給する二つの電極ブロック（９ａ，９ｂ）とが配置されている。筐体２を構成する枠は、３つ以上から構成されても構わない。

【0035】

二つの電極ブロック（９ａ，９ｂ）は、第二枠２ｂの内側面に固定されている（図２参照）。第二枠２ｂの外側面には、二つの接続端子（８ａ，８ｂ）が設けられる（図２参照）。二つの接続端子（８ａ，８ｂ）は、それぞれ、第二枠２ｂを挟んで電極ブロック（９ａ，９ｂ）と導通している。二つの接続端子（８ａ，８ｂ）には、それぞれ、外部電源（不図示）より給電される給電線（７ａ，７ｂ）が接続される。

【0036】

［光源］
図３を参照しながら、光源の一実施形態を説明する。本実施形態では、Ｚ方向に離間して配置された３本のエキシマランプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）を備える。二つの電極ブロック（９ａ，９ｂ）が、各エキシマランプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の発光管の外表面に接触する。これによりエキシマランプ３は給電され、点灯する。

【0037】

本実施形態において、エキシマランプ３は、発光管の内部にＫｒＣｌを含む発光ガスが封入されたＫｒＣｌエキシマランプを使用している。そのため、エキシマランプ３は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍである紫外光を放射する。特に、ＫｒＣｌエキシマランプは、主たるピーク波長が２２２ｎｍ又はその近傍の紫外光を出射する。

【0038】

エキシマランプ３は、ＫｒＣｌエキシマランプに限らない。例えば、発光管の内部にＫｒＢｒを含む発光ガスが封入された、ＫｒＢｒエキシマランプを使用しても構わない。ＫｒＢｒエキシマランプは、主たるピーク波長が２０７ｎｍ又はその近傍の紫外光を出射する。

【0039】

本明細書において「主たる発光波長」とは、ある波長λに対して±１０ｎｍの波長域Ｚ（λ）を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して４０％以上の積分強度を示す波長域Ｚ（λｉ）における、波長λｉを指す。例えばＫｒＣｌ、ＫｒＢｒ、ＡｒＦを含む発光ガスが封入されているエキシマランプなどのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ光強度を示す光源においては、通常は、相対照度が最も高い波長（主たるピーク波長）をもって、主たる発光波長として構わない。

【0040】

エキシマランプ３の発光管の大きさは、管軸方向（Ｙ方向）の長さが１５ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であり、外径が２ｍｍ以上、１６ｍｍ以下であるとよい。エキシマランプ３の数は、１本でも、２本でも、又は４本以上でも構わない。

【0041】

［発散光学系］
図４は、図１の紫外光照射装置１０のＣ１面（ＸＺ平面に平行な面）における断面模式図である。本実施形態の紫外光照射装置１０では、紫外光を筐体２の外へ取り出す取出し部４に、発散光学系５と光学フィルタ６とが配置されている。発散光学系５又は光学フィルタ６が取出し部４に配置された状態とは、発散光学系５又は光学フィルタ６が、取出し部４を構成する筐体２の開口に、発散光学系５又は光学フィルタ６が挿入されている状態、又は、筐体２の開口を覆う状態を含む。これにより、取出し部４を通過する紫外光は、取出し部４に配置された発散光学系５又は光学フィルタ６を通過する。発散光学系５又は光学フィルタ６は、第一枠２ａの外側面に対して、Ｘ方向に微小な距離（例えば３０ｍｍ以内）だけ離間した位置に配置されていても構わない。

【0042】

発散光学系５は、取出し部４を通過する紫外光の配光角を拡大する作用を有する。図４に示された光線束Ｆ１に見られるように、発散光学系５を透過する光線束Ｆ１が発散し、出射光の配光角が拡大する。

【0043】

図５を参照しながら、出射光の配光角の拡大について説明する。図５において、仮に発散光学系を有していない場合、紫外光照射装置１０から紫外光の光線束Ｆ２が、光軸（矢印Ｌ１）を中心に配光角θ２で出射される。発散光学系５を有している場合、紫外光の光線束Ｆ１が配光角θ１で出射される。発散光学系５を有している場合の配光角θ１は、発散光学系を有していない場合の配光角θ２よりも大きくなる。配光角（θ１，θ２）は、光軸を中心に拡がる光線束（Ｆ１，Ｆ２）の、光軸から最も離れた最外側の対向する光線同士のなす角として定義される。なお、光線束（Ｆ１，Ｆ２）は、中心である光軸の回りに拡がっており、光線束の最大輝度を示す光軸Ｌ１上の光線の輝度に対して、１／２以上の輝度を有する光線の束として定義される。

【0044】

紫外光照射装置１０は、発散光学系５で出射光の配向角を拡大させることにより、広い範囲に亘って紫外光を照射できる。さらに、発散光学系５により局所的に強い光線が発散し、光強度の配向分布が均一化する。

【0045】

図４に戻り、本実施形態の発散光学系５は、光学レンズからなる。発散光学系を使用した紫外光照射装置は、光の減衰が小さいため、全光束の９０％以上を維持しやすい。光学レンズには、紫外光に対して透過率の高い石英ガラス又はサファイアガラスを使用すると好ましい。配光角が所望の範囲になるように光学レンズを設計することもできる。発散光学系５の他の例として、発散光学系５の全部又は一部にミラーを使用しても構わない。

【0046】

本実施形態において、発散光学系５を構成する光学レンズは、複数の小レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ）がＺ方向に配列されたレンズアレイで構成される。各小レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、いずれもシリンドリカル面（柱状に湾曲する面）を有する両凹レンズで構成されている。そして、各小レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ）の長手方向（円筒の延びる方向）は、エキシマランプ（３ａ，３ｂ，３ｃ）の長手方向に沿っている。レンズアレイを構成する小レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ）の数は、エキシマランプ（３ａ，３ｂ，３ｃ）の数と同じである。エキシマランプ３ａと小レンズ５ａは、Ｘ方向に並んで配置される。同様に、エキシマランプ（３ｂ，３ｃ）と小レンズ（５ｂ，５ｃ）は、それぞれ、Ｘ方向に並んで配置される。これにより、各小レンズ（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、各エキシマランプ（３ａ，３ｂ，３ｃ）からの出射光を効果的に発散させる。

【0047】

レンズアレイは、Ｚ方向とＹ方向それぞれに複数の小レンズが並ぶ構成のレンズでも構わない。また、発散機能を有するのであれば、例えば、平凹レンズ、凹メニスカスレンズなど、他のレンズ形状であっても構わない。レンズアレイを構成する小レンズは任意のピッチで配列される。小レンズの配列ピッチは、エキシマランプの配列ピッチに等しくなるように設定されるとより好ましい。

【0048】

［光学フィルタ］
本実施形態は、発散光学系５の入射側に光学フィルタ６が配置されている。光学フィルタ６は、特定の波長帯域の紫外光を透過し、特定の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない、波長選択フィルタ（バンドパスフィルタ）として機能する。本実施形態の光学フィルタ６は、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域の紫外光を透過し、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない。

【0049】

図６に示すように、例えば、ＫｒＣｌエキシマランプの場合、放射される紫外光のスペクトルには、ほぼ主たるピーク波長である２２２ｎｍ又はその近傍に光出力が集中している一方で、人体に影響を及ぼすおそれのある、波長２４０ｎｍ以上かつ２８０ｎｍ以下の波長帯域の紫外光についても、わずかながら光出力が認められる。本実施形態では、取出し部４に光学フィルタ６を配置することで（図４参照）、波長２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の紫外光を実質的に透過しないようにする。これにより、人体に影響を及ぼすおそれのある波長帯域の紫外光が筐体２の外に漏洩することを確実に抑えて、光照射装置の人体に対する安全性をさらに向上させる。

【0050】

なお、人や動物に対する安全性をより高める観点から、光源部から出射される紫外光は、波長範囲が１９０ｎｍ以上２３７ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、１９０ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましく、１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の範囲内であることが特に好ましい。

【0051】

また、波長が１９０ｎｍ未満の紫外光は、空気中の酸素に吸収されることでオゾンの生成に寄与する。このようなオゾンの発生をより効果的に抑制するため、１９０ｎｍ以上、より好ましくは２００ｎｍ以上にピーク波長を有する紫外光を利用することが望ましい。例えば、光源部から出射される紫外光のピーク波長は、好ましくは２００ｎｍ以上２３７ｎｍ以下の波長範囲内とし、より好ましくは２００ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の波長範囲内とし、さらに好ましくは２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長範囲内とする。

【0052】

本明細書において、「紫外光を実質的に透過しない」とは、主光線方向のある紫外光が、特定波長帯域におけるピーク波長の紫外光強度に対して、少なくとも５％以下の紫外光強度に抑制されることを意味する。本発明では、光学フィルタ６を用いることで２４０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して５％以下に遮光される。なお、光学フィルタ６で遮光させたい波長帯域の光について、光学フィルタ６を透過した紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して２％以下、まで抑制されると好ましい。光学フィルタ６を透過した紫外光の強度が、ピーク波長の強度に対して１％以下、まで抑制されると、さらに好ましい。

【0053】

光学フィルタ６は、特定の波長帯域の紫外光を透過しないバンドパスフィルタとして機能する態様であればよく、配置場所や形態が限定されるものではない。図４に示されるように光学フィルタ６が光源と離間して形成される他に、光学フィルタ６が光源に接するよう形成されていても（具体例として、エキシマランプ３のガラス封体に光学フィルタ６が積層されても）、構わない。

【0054】

光学フィルタ６は、屈折率の異なる誘電体膜を交互に積層した誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜として、例えば、ＨｆＯ_２層及びＳｉＯ_２層が交互に積層されたもの、並びに、ＳｉＯ_２層及びＡｌ_２Ｏ_３層が交互に積層されたものがある。ＨｆＯ_２層及びＳｉＯ_２層が交互に積層された誘電体多層膜層は、ＳｉＯ_２層及びＡｌ_２Ｏ_３層が交互に積層された誘電多層膜層よりも、同じ波長選択特性を得るための層数を少なくすることができるため、選択した紫外光の透過率を高めることができる。

【0055】

［光学フィルタへの入射角による透過率変化］
上記のとおり、光学フィルタ６は、屈折率の異なる複数の誘電体多層膜で構成されるが、誘電体多層膜で構成される光学フィルタ６は、紫外光の入射角に応じて、透過率が不可避的に変化してしまう。

【0056】

図７は、光学フィルタ６の透過スペクトルの一例を、紫外光が光学フィルタ６に対して入射するときの入射角別に示すグラフである。このグラフの例は、光学フィルタ６は、エキシマランプ３の発光ガスがＫｒＣｌを含む場合、すなわち、エキシマランプ３が主たるピーク波長２２２ｎｍの紫外光を発する場合を想定して設計されている。グラフ内の各曲線は、波長を異ならせながら、光学フィルタ６に対して入射した光の強度と、光学フィルタ６から出射された光の強度の比率をプロットして得られる。入射角は、図８に示すように、光学フィルタ６の入射面に対する法線６Ｎと、光学フィルタ６の入射面に入射される紫外光Ｌ２との角度θ３で定義される。

【0057】

光学フィルタ６は、図７のグラフから、入射角（角度θ３）の小さい光成分を透過しやすい一方で、入射角の大きい光成分を透過しにくいことがわかる。入射角の大きい光成分は光学フィルタ６に進入せず反射される。その結果、光学フィルタ６からの出射光は、光学フィルタ６への入射光に比べて、入射角の小さい光成分の比率が高まり、配光角が小さくなる。別の言い方をすれば、光学フィルタ６は、光の配光角を小さくする。

【0058】

このような事情から、上述した発散光学系５は、配光角を小さくする光学フィルタ６を使用する場合に、特に顕著な効果が得られる。つまり、光学フィルタ６を使用して配光角が小さくなった場合においても、発散光学系５を光学フィルタ６の出射側に配置すると、紫外光照射装置１０は、大きな配光角を得ることができる。

【0059】

光学フィルタ６と発散光学系５との離間距離は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下であるとよい。離間距離をこの範囲にすることで、光学フィルタ６の出射光を効果的に発散光学系５に入射させることができ、出射効率を高めることができる。離間距離は、光学フィルタ６と発散光学系５との最短距離で表される。図４に示される紫外光照射装置１０では、光学フィルタ６は、発散光学系５の凹面以外の部分と接するように配置されているため、離間距離は０ｍｍである。

【0060】

［電極ブロック］
エキシマランプ３に対向する電極ブロック（９ａ，９ｂ）の表面９ｒ（図３参照）は、紫外光の反射面として機能する。本実施形態において、表面９ｒは、取出し部４の表面に対して傾斜する平面で構成される。これにより、エキシマランプ３から電極ブロック（９ａ，９ｂ）へ進行する光の方向を変えて、取出し部４へ進行させることができる。これにより、光の出射効率を高めることができる。

【0061】

表面９ｒは、曲面であっても構わない。特に、表面９ｒを放物面状の曲面とすることで、エキシマランプ３からの発散角をより指向させることができ、出射効率を高めることができる。

【0062】

電極ブロック（９ａ，９ｂ）には、Ａｌ、Ａｌ合金、ステンレスを使用するとよい。これらの材料は導電性であり、かつ、紫外光の反射率が高い。

【0063】

本実施形態では、給電機能を有する電極ブロック（９ａ，９ｂ）を構成する一部の面が反射面として機能することを説明した。しかしながら、電極ブロック（９ａ，９ｂ）の表面に、電極ブロック（９ａ，９ｂ）とは別の反射機能を有する材料を配置してもよい。

【0064】

［第一変形例］
図９を参照しながら、紫外光照射装置の第一変形例を説明する。紫外光照射装置２０は、波長選択フィルタとして機能する光学フィルタを備えていない。光源自体が、人体に影響を及ぼすおそれのある紫外光を放射しない場合、又は、光源自体に、光学フィルタを含む場合には、第一変形例のように、紫外光照射装置２０は光学フィルタを備えていなくても構わない。

【0065】

［第二変形例］
図１０を参照しながら、紫外光照射装置の第二変形例を説明する。紫外光照射装置３０は、発散光学系５に、複数の小レンズが配列されたレンズアレイではなく、単一のレンズから構成されている。また、この変形例では、シリンドリカル面（柱状に湾曲する面）を有する両凹レンズが示されているが、発散機能を有するのであれば、例えば、平凹レンズ、凹メニスカスレンズなど、他のレンズ形状であっても構わない。

【0066】

［使用方法］
本発明に係る紫外光照射装置の使用態様としては、出射される紫外光が有人空間に向けて照射されるように配置し、紫外光照射装置に紫外光を照射させることができる。有人空間とは、実際に人がいるか否かは問わず、人が立ち入ることのできる空間を意味する。有人空間には、例えば、住宅、事業所、学校、病院もしくは劇場などの建物内の空間、又は、例えば、自動車、バス、電車もしくは飛行機などの乗り物内の空間を含む。取出し部４が有人空間を向くように、紫外光照射装置１０を、有人空間に面する天井、壁、柱又は床等に配置する。そして、紫外光照射装置１０を点灯させて、有人空間に向けて紫外光を照射する。

【0067】

この使用方法は、従来のように、人体を避けて紫外光を照射する必要が無く、微生物を最も不活化させるべき肝心の場所である、人体の表面（皮膚等）、人が頻繁に接触する物体表面、又は人体近傍の空間を含む、有人空間全体にムラなく（ムラを小さく）紫外光を照射できる。そのため、微生物の不活化を効果的に行うことができる。

【0068】

上記紫外光照射装置を、蛍光灯やＬＥＤ等の照明設備に内蔵させても構わない。照明設備に内蔵させる場合、紫外光照射装置で使用される発散光学系５を、照明設備で使用される可視光用の発散光学系と共用しても構わない。

【0069】

＜第二実施形態＞
図１１を参照しながら、本発明の紫外光照射装置の第二実施形態を説明する。以下に説明する以外の事項は第一実施形態と同様に実施できる。第二実施形態の紫外光照射装置６０は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射するエキシマランプ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と、エキシマランプ３を収容する筐体２と、エキシマランプ３より放射された紫外光を筐体２の外へ取り出す取出し部４と、を備える。さらに、紫外光照射装置６０は、取出し部４に、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長帯域の紫外光を透過し、２４０ｎｍ～２８０ｎｍ以下の波長帯域の紫外光を実質的に透過しない光学フィルタ６と、を備える。ただし、第一実施形態の第一変形例で説明したように、紫外光照射装置６０にとって、光学フィルタ６は必須の構成ではない。

【0070】

本実施形態の紫外光照射装置６０は、発散光学系５を備えていない。その代わりに、発散光学系５を紫外光照射装置６０に後付けできるように、筐体２は、発散光学系５を取り付けるための取付け部５１を有する。本実施形態において、取付け部５１はねじ孔である。発散光学系５の保持枠５３を挟んだ状態で、ねじ５２をねじ孔に嵌合することによりで、発散光学系５を紫外光照射装置６０に取付ける。この発散光学系５の取付け部５１の態様は一例であり、他に、フックや面ファスナー等の様々な態様を適用できる。このように発散光学系５を後付け仕様にすることで、所望の発散光学系に交換できる。

【0071】

以上で、紫外光照射装置及び紫外光照射装置を使用方法の実施形態を説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記の実施形態に種々の変更又は改良を加えることができる。

【0072】

例えば、光源としてエキシマランプ３を使用する例を説明したが、光源としてＬＤ又はＬＥＤで構成される固体光源を使用しても構わない。

【0073】

例えば、光学フィルタとして、２００ｎｍ～２３０ｎｍの波長帯域の紫外光を透過し、２００ｎｍ未満及び２３０ｎｍ～２８０ｎｍの波長帯域を実質的に透過しない光学フィルタを使用しても構わない。実質的に透過させない紫外光に２００ｎｍ未満の波長帯域を加えることで、オゾンの発生を抑制し人体に対する安全性がさらに高まる。

【実施例0074】

上記実施形態で示した紫外光照射装置の実施例について、発散光学系５を使用することによる配光角の拡大効果を確認した。図１２に、紫外光照射装置の配光角を計測するための計測設備４０を示す。計測設備４０は、紫外光照射装置５０、紫外光照射装置１０を載置するための回転ステージ３５、及び照度計３１を含む。なお、照度計３１には、浜松ホトニクス社製 ＵＶ ＰＯＷＥＲ ＭＥＴＯＲ Ｃ８０２６を使用している。

【0075】

計測設備４０は、回転ステージ３５、回転ステージ３５に載置された紫外光照射装置５０、及び、紫外光照射装置５０から距離ｄ１：３００（ｍｍ）離れた位置に配置された照度計３１を含む。紫外光照射装置１０の光軸Ｌ１上に照度計３１が位置するように、紫外光照射装置５０が照度計３１に対向配置されるときの、回転ステージ３５の位置を初期位置Ｐ０とする。回転ステージ３５は、初期位置Ｐ０から、図１２に示す回転方向Ｒに回転させる。図１２では、初期位置Ｐ０の回転ステージ３５及び紫外光照射装置５０を点線で示し、回転方向Ｒに所定時間回転させた後の回転ステージ３５及び紫外光照射装置５０を実線で示す。

【0076】

紫外光照射装置５０の光軸Ｌ１と、紫外光照射装置５０から照度計３１に入射する光線Ｌ３との間になす角θ４は、回転角を表す。回転角θ４が０度（ｄｅｇ）である初期位置Ｐ０から回転角θ４を大きくして（回転ステージ３５を回転させて）、回転角θ４が８０度（ｄｅｇ）になるまで、紫外光照射装置５０から紫外光照射装置を照射しつつ照度計３１で照度を測定した。

【0077】

紫外光照射装置５０は、図４に示す紫外光照射装置１０と同様の構造を有する。ただし、用意した紫外光照射装置では、ＫｒＣｌのエキシマランプ３がＺ方向に４本並んでいる。この紫外光照射装置５０を３つ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）用意した。ただし、３つの紫外光照射装置（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の発散光学系５は、それぞれ、以下の条件に従う。

【0078】

紫外光照射装置Ｓ１の発散光学系５は、図１３に示すように、４つの小レンズ（シリンドリカル面を有する両凹レンズ）がＺ方向に並んで構成される。そして、以下の寸法を有する。
レンズの厚みｔ１：８ｍｍ
レンズの深さｔ２：３．３４ｍｍ
レンズ凹面の曲率半径Ｒ１：８ｍｍ
レンズ凹面の角度θ５：１０８度［ｄｅｇ．］
レンズのｚ方向幅ｚ１：１３ｍｍ
レンズのｚ方向ピッチｚ２：１４ｍｍ

【0079】

紫外光照射装置Ｓ２の発散光学系５は、図１３に示すように、４つの小レンズ（シリンドリカル型の両凹レンズ）がＺ方向に並んで構成される。そして、以下の寸法を有する。
レンズの厚みｔ１：５ｍｍ
レンズの深さｔ２：１．７４ｍｍ
レンズ凹面の曲率半径Ｒ１：１３ｍｍ
レンズ凹面の角度θ５：６０度［ｄｅｇ．］
レンズのｚ方向幅ｚ１：１３ｍｍ
レンズのｚ方向ピッチｚ２：１４ｍｍ

【0080】

紫外光照射装置Ｓ２の発散光学系５に使用されるレンズアレイの光学レンズは、紫外光照射装置Ｓ１の発散光学系５に使用される光学レンズよりも、大きい曲率半径を有する。すなわち、紫外光照射装置Ｓ１の光学レンズの屈折力は、紫外光照射装置Ｓ２の光学レンズの屈折力よりも大きい。

【0081】

紫外光照射装置Ｓ３は、比較例として示される、発散光学系５のない紫外光照射装置である。

【0082】

紫外光照射装置（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）それぞれについて、測定した照度結果に基づいて相対照度を求めた。相対照度は、任意の回転角における照度測定値を、回転角０度（ｄｅｇ）における照度測定値で除して求められる。つまり、相対照度とは、光軸方向に進行する光線の照度を１としたときの、任意の角度に進行する光線の照度の相対値である。回転角の変化に対する相対照度を表すグラフを、図１４に示す。

【0083】

発散光学系５の有する紫外光照射装置（Ｓ１、Ｓ２）は、発散光学系５のない紫外光照射装置Ｓ３に比べて、幅広い角度範囲に対して高い相対照度を示している。相対照度が０．５０（回転角０度（光軸上）における照度の半分の測定照度）となる回転角について、紫外光照射装置Ｓ１は約４４度（ｄｅｇ）、紫外光照射装置Ｓ２は約４２度であるのに対し、紫外光照射装置Ｓ３は約２６度しかない。配光角は、相対照度が０．５０となる回転角の２倍で求められることを踏まえると、紫外光照射装置Ｓ１は、発散光学系を設けることで、配光角が約３６度拡大し、紫外光照射装置Ｓ２は、発散光学系を設けることで、配光角が約３２度拡大したといえる。

【0084】

上記は、レンズアレイの発散光学系の有無についての実施例を説明したが、光学フィルタを備えていない紫外光照射装置、又は、単一のレンズから構成される発散光学系を備える紫外光照射装置においても、同様の傾向を示すものと推測される。

【0085】

次に、紫外光照射装置Ｓ１と、紫外光照射装置Ｓ２とを比べる。屈折力の大きな光学レンズを有する紫外光照射装置Ｓ１の場合、光軸からの角度が１５度付近における光線の相対照度が、光軸上の光線の相対照度を約０．２ポイント上回る。他方、屈折力の小さな光学レンズを有する紫外光照射装置Ｓ２の場合、光線の相対照度が１．１を上回る光線がない。つまり、紫外光照射装置Ｓ２は、紫外光照射装置Ｓ１よりも配向分布が均一化されている。よって、冒頭に述べたように、配向分布のより均一化された紫外光照射装置Ｓ２は、紫外光照射装置Ｓ１より、さらに高いレベルでの安全性を確保できるとともに、紫外光照射量の上限の制約を受けにくくなる。

【0086】

光学レンズは、屈折力を一定の数値範囲にすると、紫外光照射装置を効率的に使用できる。レンズアレイ場合、上述の実験結果から、その曲率半径は１０ｍｍ以上であると好ましく、１３ｍｍ以上であるとより好ましい。また、十分な発散効果を得るためには、曲率半径は、光源が配列されるピッチ以下であるとより好ましい。

【符号の説明】

【0087】

２ ：筐体
２ａ、２ｂ ：第一枠
３ ：エキシマランプ
４ ：取出し部
５ ：発散光学系
５ａ ：小レンズ
６ ：光学フィルタ
７ａ，７ｂ：給電線
８ａ，８ｂ：接続端子
９ａ，９ｂ：電極ブロック
９ｒ ：（電極ブロックの反射面となる）表面
１０，２０，３０，５０，６０：紫外光照射装置
３１ ：照度計
３５ ：回転ステージ
４０ ：計測設備
５１ ：取付け部
５２ ：ねじ
５３ ：保持枠

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【手続補正書】

【提出日】2021-10-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

主たる発光波長が１９０ｎｍ～２４０ｎｍに属する紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、
シリンドリカル面を備えた光学レンズを有し、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系と、を備えることを特徴とする紫外光照射装置。

【請求項2】

前記発散光学系の入射側に、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長帯域に属する、前記主たる発光波長の紫外光を透過し、２４０ｎｍ～２８０ｎｍの波長帯域の紫外光を実質的に透過しない光学フィルタを備えることを特徴とする、請求項１に記載の紫外光照射装置。

【請求項3】

前記光学フィルタと前記発散光学系との離間距離は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の紫外光照射装置。

【請求項4】

前記発散光学系は、レンズアレイを含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置。

【請求項5】

前記光源は少なくとも二つのエキシマランプからなり、
前記レンズアレイを構成する小レンズの数は、前記エキシマランプの数と同じであり、
前記小レンズの長手方向が前記エキシマランプの長手方向に沿うことを特徴とする、請求項４に記載の紫外光照射装置。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の紫外光照射装置を、出射される紫外光の少なくとも一部が空間に向けて照射されるように配置し、前記紫外光照射装置に前記紫外光を放射させる、紫外光照射装置の使用方法。

【請求項7】

１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射する光源と、
前記光源を収容する筐体と、
前記光源より放射された前記紫外光を前記筐体の外へ取り出す取出し部と、を備え、
前記筐体は、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大させる発散光学系を取り付けるための取付部を有する、紫外光照射装置、および
シリンドリカル面を備えた光学レンズを有し、前記紫外光照射装置の前記取付部に取付け可能な発散光学系、を備えることを特徴とする紫外光照射システム。

【請求項8】

筐体に収容された光源から１９０ｎｍ～２４０ｎｍの紫外光を放射し、
前記光源より放射された前記紫外光を、取出し部から前記筐体の外へ取り出し、
シリンドリカル面を備えた光学レンズを有する発散光学系を使用して、前記取出し部を通過する前記紫外光の配光角を拡大することを特徴とする、紫外光の照射方法。