(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】P2023172100
(43)【公開日】2023-12-06
(54)【発明の名称】紫外光照射装置
(51)【国際特許分類】
A61L 9/20 20060101AFI20231129BHJP
G02B 5/26 20060101ALI20231129BHJP
G02B 5/28 20060101ALI20231129BHJP
【ＦＩ】
A61L9/20
G02B5/26
G02B5/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022083675
(22)【出願日】2022-05-23
(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】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柳生 英昭
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 繁樹
(72)【発明者】
【氏名】久野 彰裕
【テーマコード（参考）】
2H148
4C180
【Ｆターム（参考）】
2H148FA05
2H148FA09
2H148FA18
2H148FA24
2H148GA04
2H148GA12
2H148GA33
2H148GA61
4C180AA07
4C180DD03
4C180HH17
4C180HH19
(57)【要約】
【課題】有害光の漏洩の抑制、病原体不活化能力の向上、製造コストの低減などの課題を解決する、改善された紫外光照射装置を提供する。
【解決手段】紫外光照射装置は、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内に属する紫外光を発光する光源と、前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下である。
【選択図】図５Ａ
【解決手段】紫外光照射装置は、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内に属する紫外光を発光する光源と、前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下である。
【選択図】図５Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内に属する紫外光を発光する光源と、
前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、
前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下であることを特徴とする、紫外光照射装置。
前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、
前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下であることを特徴とする、紫外光照射装置。
【請求項2】
前記光学フィルタは、前記透過スペクトルにおいて、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域における透過率が５％以下であ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】
前記光学フィルタは、４０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて、透過率が２０％以下である第二制限波長帯域を有し、
前記第二制限波長帯域の下限波長は、前記第一制限波長帯域の下限波長より短いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
前記第二制限波長帯域の下限波長は、前記第一制限波長帯域の下限波長より短いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【請求項4】
前記光学フィルタは、４０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて、透過率が２０％以下である第二制限波長帯域を有し、
前記第二制限波長帯域の上限波長は、２６０ｎｍ以上であり、かつ、前記第一制限波長帯域の上限波長より短いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
前記第二制限波長帯域の上限波長は、２６０ｎｍ以上であり、かつ、前記第一制限波長帯域の上限波長より短いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【請求項5】
前記光源で発光した光を、前記光学フィルタへ入射する入射角を４５度以下にする光学系を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【請求項6】
前記光学フィルタは、ＨｆＯ２層とＳｉＯ２層が合計で１０層以上、かつ、３２層以下積層された誘電体多層膜を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【請求項7】
前記光学フィルタは、総膜厚が１６００ｎｍ以下の誘電体多層膜を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【請求項8】
前記光学フィルタは、総膜厚が１０００ｎｍ以下の誘電体多層膜を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の紫外光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、紫外光照射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
１９０ｎｍ～２８０ｎｍの波長範囲に属する紫外光は、ＵＶＣ帯域に含まれる。ＵＶＣ帯域の紫外光は、環境中に存在する細菌やウイルス等の病原体を不活化させることが知られており、殺菌灯等に利用されている。しかしながら、ＵＶＣ帯域の紫外光は、生体の皮膚内部にまで浸透し、皮膚内部の細胞にダメージを与えることも知られていている。
【0003】
近年、紫外光の人への影響に関する研究が進んでおり、ＵＶＣ帯域のうち、波長が２４０ｎｍより短い波長帯域の紫外光は、波長が短くなるほど皮膚表層又は角膜上皮で吸収されやすくなることが判明している。この紫外光が皮膚表層又は角膜上皮で吸収されると、皮膚内部の細胞は紫外光の影響を受けにくくなり、安全性が向上することが確認されている。
【0004】
それゆえ、波長が２４０ｎｍより短い波長帯域の紫外光を人体に積極的に照射する紫外光照射装置（特許文献１参照）、及び、波長が２４０ｎｍより短い波長帯域の紫外光を人が存在する環境中に積極的に照射する紫外光照射装置（特許文献２参照）が実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１１５５２５号公報
【特許文献2】特許第６９０８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲に属する紫外光を発光する光源は、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長範囲にある紫外光をも放射することが多い。２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長範囲にある紫外光は、人体への有害性が相対的に高い光である。以降、「２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長範囲にある紫外光」を、「有害光」ということがある。
【0007】
昨今、新型コロナウイルス感染症の流行の影響もあり、環境中に存在する細菌やウイルス等の病原体を紫外光で不活化するニーズが高まっている。そのため、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲にある紫外光のさらなる活用が望まれている。有害光が紫外光照射装置の外へ漏洩することを抑制しつつ、病原体不活化能力を向上させた紫外光照射装置が市場より要請されている。加えて、紫外光照射装置の製造コストを低減させることも市場より要請されている。
【0008】
本発明は、上述した課題を解決する、改善された紫外光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
詳細は「発明を実施するための形態」の項にて述べるが、本発明者は、不活化能力の向上のため、紫外光照射装置の照射量を増加させることを検討した。有害光が紫外光照射装置の外へ漏洩することを抑えるため、紫外光照射装置は光学フィルタを備えている。本発明者は、紫外光照射装置の照射量を増加させると、光学フィルタへの入射角の大きな有害光が光学フィルタを透過し、紫外光照射装置外へ漏洩する問題が顕在化するおそれがあることを発見した。
【0010】
入射角の小さな光線から入射角の大きな光線まで、光学フィルタで幅広く制限するためには、光学フィルタの誘電体多層膜を厚くすればよい。しかしながら、単に誘電体多層膜を厚くするだけでは、目的とする１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長範囲に属する紫外光の光学フィルタの透過率が低下するとともに、誘電体多層膜の製造コストが上昇する。そこで、本発明者は、紫外光照射装置の照射量を増加させても、誘電体多層膜の厚みを抑えつつ、幅広い入射角の紫外光線について有害光透過が懸念される波長帯域の透過を制限できる、光学フィルタを設計した。
【0011】
本発明に係る紫外光照射装置の一態様は、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域に属する紫外光を発光する光源と、
前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、
前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下である。
前記紫外光を透過する光学フィルタと、を備え、
前記光学フィルタは、０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて透過率が２０％以下である第一制限波長帯域を有し、
前記第一制限波長帯域の下限波長が２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の上限波長が２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にあり、
前記第一制限波長帯域の帯域幅が７０ｎｍ以下である。
【0012】
本明細書において、光源が発光する「１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域に属する紫外光」とは、光源が発光する発光スペクトルの少なくとも一部が、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域において強度を示すことを表す。この光源は、必ずしも、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長全域において強度を示さなくてもよい。
【0013】
前記紫外光照射装置が備える光学フィルタは、有害光透過が懸念される波長帯域について、入射角の制限を考慮することなく、かつ、誘電体多層膜の厚みを抑えられる。詳細は「発明を実施するための形態」の項を参照されたい。
【0014】
前記光学フィルタは、前記透過スペクトルにおいて、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域における透過率が５％以下であっても構わない。
【0015】
前記光学フィルタは、４０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて、透過率が２０％以下である第二制限波長帯域を有し、
前記第二制限波長帯域の下限波長は、前記第一制限波長帯域の下限波長より短くても構わない。
前記第二制限波長帯域の下限波長は、前記第一制限波長帯域の下限波長より短くても構わない。
【0016】
前記紫外光照射装置は、さらに、前記光源で発光した光を、前記光学フィルタへ入射する入射角を４５度以下にする光学系を有していてもよい。光学系により入射角の大きな光が制限されるので、誘電体多層膜を薄くできる。
【0017】
前記光学フィルタは、４０度の入射角で入射する前記紫外光の透過スペクトルにおいて、透過率が２０％以下である第二制限波長帯域を有し、
前記第二制限波長帯域の上限波長は、２６０ｎｍ以上であり、かつ、前記第一制限波長帯域の上限波長より短くても構わない。
前記第二制限波長帯域の上限波長は、２６０ｎｍ以上であり、かつ、前記第一制限波長帯域の上限波長より短くても構わない。
【0018】
前記光学フィルタは、ＨｆＯ２層とＳｉＯ２層が合計で１０層以上、かつ、３２層以下積層された誘電体多層膜を含んでも構わない。
【0019】
前記光学フィルタは、総膜厚が１６００ｎｍ以下の誘電体層膜を含んでも構わない。前記光学フィルタは、総膜厚が１０００ｎｍ以下の誘電体多層膜を含んでも構わない。
【発明の効果】
【0020】
人体への有害性が相対的に高い紫外光の装置外への漏洩を抑えつつ、病原体不活化能力が向上し、製造コストを低減可能な、改善された紫外光照射装置を提供できる。
【0021】
斯かる紫外光照射装置を、人が往来する空間や、人が長時間滞在する空間にも設置できる。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ともに、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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】紫外光照射装置の一実施形態を示す図である。
【図4】本実施形態の光源の発光スペクトルを示すグラフである。
【図5A】本実施形態の光学フィルタの０度光の透過スペクトルを示す。
【図5B】本実施形態の光学フィルタの４０度光の透過スペクトルを示す。
【図6A】参考形態の光学フィルタの０度光の透過スペクトルを示す。
【図6B】参考形態の光学フィルタの４０度光の透過スペクトルを示す。
【図7】入射角を説明する図である。
【図8】光学フィルタから透過スペクトルを求める方法の一例を説明する図である。
【図9B】入射角の制限方法の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図を参照しながら紫外光照射装置を説明する。図は、グラフを除いて模式的に示されている。図は、適宜、ＸＹＺ座標系を用いて示されている。明細書は、適宜、ＸＹＺ座標系を参照しながら説明される。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。
【0024】
［紫外光照射装置の概要］
図１～図３を参照しながら、紫外光照射装置の一実施形態の概要を説明する。図１は、紫外光照射装置１の一実施形態の外観を示す図である。図２は、図１の紫外光照射装置１を－Ｚ方向に見た図である。図３は、図１の紫外光照射装置１をＸ方向に見た図である。図３は、筐体６０の内部を説明するため、光源３０と光学フィルタ４０を断面で示している。
図１～図３を参照しながら、紫外光照射装置の一実施形態の概要を説明する。図１は、紫外光照射装置１の一実施形態の外観を示す図である。図２は、図１の紫外光照射装置１を－Ｚ方向に見た図である。図３は、図１の紫外光照射装置１をＸ方向に見た図である。図３は、筐体６０の内部を説明するため、光源３０と光学フィルタ４０を断面で示している。
【0025】
本実施形態の紫外光照射装置１は、光源３０（図２，３参照）と、光源３０を内部に収容する筐体６０と、光源３０が発光する光を筐体６０の外部に取り出す光取出し部２０と、光取出し部２０に配置された光学フィルタ４０と、を備える。詳細な説明は後述するが、紫外光１は、他に反射鏡５０（図１～図３では不図示）を備える。
【0026】
光源３０は、１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域に属する紫外光を発光する。１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域に属する紫外光は、病原体の不活化能力を有し、かつ、人体への有害性が低い光である。以降、「１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域に属する紫外光」を、「目的光」ということがある。本明細書において、「病原体」は、細菌及び真菌（カビ）等の菌類、並びに、ウイルスを含む。「不活化」は、病原体を死滅させること、又は、感染力や毒性を失わせることを包括する概念である。
【0027】
目的光を発光する光源３０として、ＫｒＣｌエキシマランプ若しくはＫｒＢｒエキシマランプ等の放電ランプが例示される。例示したこれらの光源は、有害光（２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長範囲にある紫外光）をも放射する。よって、紫外光照射装置１は光学フィルタ４０を備えている。光学フィルタ４０が有害光の透過を制限することで、有害光が紫外光照射装置１の外へ漏洩することを抑制する。
【0028】
なお、人及び動物に対する有害性をより低減させるために、１９０ｎｍ以上２３７ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外光を発光する光源を使用するとよい。より好ましくは、波長が１９０ｎｍ以上２３５ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外光を発光する光源を使用するとよい。さらに好ましくは、波長が１９０ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の波長帯域に属する紫外光を発光する光源を使用するとよい。
【0029】
光源３０は放電ランプに限らない。光源３０に、発光する光の少なくとも一部が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域において強度を示す光を含むＬＥＤ等の固体光源を採用しても構わない。例えば、２４０ｎｍ未満に主たる発光波長を有するＡｌＧａＮ系ＬＥＤやＭｇＺｎＯ系ＬＥＤが光源３０として採用され得る。
【0030】
光源３０として、ガスレーザや固体レーザ素子からコヒーレントな紫外光を放射する光源を用いてもよい。ガスレーザや固体レーザ素子から放射される光から波長の異なるコヒーレント光を新たに発生させる波長変換素子、を備える光源を使用してもよい。波長変換素子として、例えば、レーザ素子から放射される光の周波数を逓倍化させて、第二次高調波（ＳＨＧ）や第三次高周波（ＴＨＧ）等の高次高周波を発生させる非線形光学結晶を使用できる。
【0031】
さらに、光源３０は、主たる発光波長が１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の範囲内に属する紫外光を発光する蛍光体を利用してもよい。ここでの「主たる発光波長」とは、光源３０の発光スペクトル上で、ある波長λに対して±１０ｎｍの波長域Ｚ（λ）を規定した場合において、発光スペクトル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。
【0032】
本実施形態では、光源３０としてＫｒＣｌエキシマランプを使用する。図２に示されるように、光源３０は、Ｘ方向に配列される複数の発光管３０ａと、一対の電極３０ｂとを備える。各発光管３０ａは、Ｙ方向に延伸する。一対の電極（３０ｂ，３０ｂ）間に電圧が印加されると、各発光管３０ａに封入された発光ガスが発光する。本実施形態では、発光ガスは、クリプトン（Ｋｒ）ガスと塩素（Ｃｌ）ガスである。
【0033】
紫外光照射装置１の各種寸法を示す。光源３０の発光管３０ａの管軸方向（Ｙ方向）の長さは７０ｍｍである。光源３０の発光管３０ａと光学フィルタ４０との離間距離は８ｍｍである。光学フィルタ４０のＸ方向の長さは４５ｍｍで、Ｙ方向の長さは６０ｍｍである。なお、ここに記載されている各種寸法は、単なる一例であり任意に設定できる。
【0034】
図３に示されるように、紫外光照射装置１から出射する紫外光Ｌ１の光軸Ｌｃが、出射方向を示す矢印とともに示されている。本実施形態において、光軸ＬｃはＺ軸に沿っている。紫外光照射装置１が出射する光は、すべて光学フィルタ４０を透過している。
【0035】
図４は、ＫｒＣｌエキシマランプの発光スペクトルを示すグラフである。ＫｒＣｌエキシマランプは、図４に示すような、光強度Ｉ（λ）の最大ピークを示す波長が２２２ｎｍである紫外光Ｌ１を発光する。なお、図４の発光スペクトルにおいて、縦軸は、波長が２２２ｎｍのときの光強度を１００（％）と規定して、それぞれの波長における光強度を示した規格値で示す。
【0036】
図４に示されるように、ＫｒＣｌエキシマランプが発光する光は、人及び動物に悪影響を与えるおそれのある有害光の波長帯域（２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満）にも、僅かだが強度を示す。しかし、有害光の透過を制限する光学フィルタ４０を使用していれば、光学フィルタ４０を透過する微量の有害光が問題視されることはない。
【0037】
［光学フィルタの特性］
光学フィルタ４０は誘電体多層膜を備える。そして、光学フィルタ４０は、紫外光照射装置１の照射量を増加させた場合でも、紫外光が光学フィルタ４０を透過することを制限でき、かつ、誘電体多層膜の厚みを抑えることができる。光学フィルタ４０の特性は、透過スペクトルによって評価できる。透過スペクトルは、光学フィルタ４０に入射する波長を横軸に、透過する光の透過率（％）を縦軸に示す。透過率（％）は、（光学フィルタ４０の出射光の光強度／光学フィルタ４０の入射光）×１００を意味する。
光学フィルタ４０は誘電体多層膜を備える。そして、光学フィルタ４０は、紫外光照射装置１の照射量を増加させた場合でも、紫外光が光学フィルタ４０を透過することを制限でき、かつ、誘電体多層膜の厚みを抑えることができる。光学フィルタ４０の特性は、透過スペクトルによって評価できる。透過スペクトルは、光学フィルタ４０に入射する波長を横軸に、透過する光の透過率（％）を縦軸に示す。透過率（％）は、（光学フィルタ４０の出射光の光強度／光学フィルタ４０の入射光）×１００を意味する。
【0038】
図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態の光学フィルタ４０の波長２００ｎｍ～３００ｎｍにおける透過スペクトルを示している。図６Ａ及び図６Ｂは、参考形態の光学フィルタ９０の波長２００ｎｍ～３００ｎｍにおける透過スペクトルを示している。
【0039】
光学フィルタ（４０，９０）は、光学フィルタ（４０，９０）への入射角によって、その透過スペクトルが異なる。そのため、本明細書では、入射角別に光学フィルタ（４０，９０）の特性を評価する。入射角とは、図７に示されるように、光学フィルタ４０の入射面４０ｓの法線Ｎ１と、光学フィルタ４０に入射する光線Ｌ３との間になす角θである。光学フィルタ９０についても同様に入射角が定義される。本明細書において、光学フィルタ（４０，９０）に対して入射角θ度で入射する光は、「θ度光」と表現することがある。
【0040】
図５Ａは、光学フィルタ４０の０度光の透過スペクトルＬ０を示す。図５Ａに示されるように、光学フィルタ４０は、０度光の透過スペクトルＬ０において、光源３０の最大ピークを示す２２２ｎｍ（図４参照）付近に高い透過率を有する。光学フィルタ４０は、紫外光の透過率が２０％以下の第一制限波長帯域Ｂ１を有する。透過率が２０％以下の第一制限波長帯域Ｂ１では、透過光の光量が大きく減少することになる。２０％という透過率の数値は、光学フィルタ４０の透過スペクトルにおいて急な傾きを示すことが多い。それゆえ、本明細書においては、透過光の波長変化に対する透過光の量の感度が高い２０％という数値を、第一制限波長帯域Ｂ１の透過率の上限値に採用している。第一制限波長帯域Ｂ１は、３００ｎｍ未満であり、光源３０の最大ピークを示す２２２ｎｍより長波長側に位置する。
【0041】
第一制限波長帯域Ｂ１の下限波長Ｂ１Ｌは、２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にある。第一制限波長帯域Ｂ１の上限波長Ｂ１Ｕは、２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にある。下限波長Ｂ１Ｌと上限波長Ｂ１Ｕがそれぞれ上述の波長帯域内に存在する場合には、第一制限波長帯域Ｂ１は、有害光の波長帯域である２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満を含むことになる。そうすると、光学フィルタ４０は、０度光の有害な波長帯域（２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満）の透過率を２０％以下に制限できる。本実施形態の光学フィルタ４０の場合、下限波長Ｂ１Ｌは２３３ｎｍであり、上限波長Ｂ１Ｕは２８３ｎｍであるから、この条件を満たす。
【0042】
第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅は、Ｂ１ＵとＢ１Ｌの差から求められる。斯かる帯域幅を大きくするためには、光学フィルタ４０を構成する誘電体多層膜の厚みを全体的に厚くすることが求められる。詳細は後述するが、誘電体多層膜は複数の異なる層を交互に積層して構成される。厚みを全体的に厚くするためには、複数の異なる層のうちの少なくとも一部の層の厚みを厚くしたり、層の積層数を増やしたりする必要がある。誘電体多層膜を厚くすることは、目的光の誘電体多層膜の透過率を低下させる要因となり、誘電体多層膜の製造コストの上昇につながる。
【0043】
また、仮に、第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅が広い透過特性を望む一方で、誘電体多層膜の厚みが薄い光学フィルタを設計する場合には、透過を制限したい波長帯域において、透過を抑えきれない場合がある。このような光学フィルタは、透過スペクトルにおいて、透過を制限したい波長帯域にリプルを生ずる。リプルを小さくするには、誘電体多層膜の厚みを厚くする必要がある。本実施形態によれば、第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅が狭い透過特性を許容できることにより、誘電体多層膜の厚みが薄くてもリプルを低減できる。
【0044】
以上より、第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅は７０ｎｍ以下であると好ましく、６０ｎｍ以下であるとより好ましく、５０ｎｍ以下であるとさらに好ましい。本実施形態の第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅は、５０ｎｍである。帯域幅が狭いと、誘電体多層膜の厚みを抑えられる。その結果、目的光の誘電体多層膜の透過率の低下を抑え、かつ、誘電体多層膜の製造コストを低減できる。第一制限波長帯域Ｂ１の帯域幅が４０ｎｍ以上確保されていると、有害光をより好適に制限できるため、望ましい。
【0045】
光源が放射する光について、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域の放射量は、２６０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長帯域の放射量よりも大きいことが多い。よって、特に、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域の透過率の値が小さいと好ましい。例えば、０度光の透過スペクトルにおいて、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域における透過率が、５％以下を満たすと好ましく、３％以下を満たすとより好ましく、２％以下を満たすとさらに好ましい。
【0046】
光源３０が、ＫｒＣｌエキシマランプのとき、図４に示されるように、ＫｒＣｌエキシマランプの光スペクトルは、２５８ｎｍ付近に小さな極大値ｍ１を有する。このｍ１付近の光は、励起されたＣｌ２分子による発光と言われている。特に、発光管３０ａに封入されるＣｌ濃度が高い場合には、この光を多く発光する。ＫｒＣｌエキシマランプの場合、とりわけ、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域の放射量が、２６０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長帯域の放射量より大きくなる。よって、光源３０にＫｒＣｌエキシマランプを使用する場合には、２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域の透過率の値が小さい光学フィルタを選択すると特に好ましい。
【0047】
図５Ｂは、光学フィルタ４０の４０度光の透過スペクトルＬ４０を示す。光学フィルタ４０は、図５Ｂの透過スペクトルＬ４０において、紫外光の透過率が２０％以下の第二制限波長帯域Ｂ２を有する。図５Ａと図５Ｂを比較するとわかるように、透過スペクトルＬ４０は、透過スペクトルＬ０よりも全体的に短波長側にシフトしている。図５Ａと図５Ｂでは０度光と４０度光しか示していないが、光学フィルタへの入射角θが大きくなるにつれて、透過スペクトルが短波長側にシフトする。
【0048】
第二制限波長帯域Ｂ２の下限波長Ｂ２Ｌは、第一制限波長帯域Ｂ１の下限波長Ｂ１Ｌより短い。第二制限波長帯域Ｂ２の上限波長Ｂ２Ｕは、第一制限波長帯域Ｂ１の上限波長Ｂ１Ｕより短い。本実施形態では、第二制限波長帯域Ｂ２の下限波長Ｂ２Ｌは２１９ｎｍであり、第二制限波長帯域Ｂ２の上限波長Ｂ２Ｕは２６３ｎｍであるから、この条件を満たす。
【0049】
可視光の波長帯域が短波長側にシフトすると青色の波長帯域が増えることから、スペクトルが短波長側にシフトする事象を、一般に「ブルーシフト」と呼ぶ。紫外光にとって、青色の波長帯域は長波長側に位置するが、本明細書では、紫外光の波長帯域の透過スペクトルが短波長側にシフトする事象を「ブルーシフト」と呼ぶことにする。誘電体多層膜に入射する入射角が大きくなるにつれて透過スペクトルがブルーシフトする理由は、多層膜で反射される光の位置と多層膜の膜内を往復する光の入射位置との間のずれによって生じる光路長差ができることに起因すると考えられる。
【0050】
図５Ｂに見られるように、ブルーシフトした透過スペクトルＬ４０においても、第二制限波長帯域Ｂ２の上限波長Ｂ２Ｕは２６０ｎｍ以上である。よって、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の有害光のうち、光源３０の放射量が比較的多い２４０ｎｍ以上２６０ｎｍ未満の波長帯域の透過率を２０％以下に抑えることができる。これに対し、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の有害光のうち、光源３０の放射量が比較的少ない２６０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満の波長帯域の透過率が２０％を超えていても構わない。
【0051】
図６Ａは、光学フィルタ９０の０度光の透過スペクトルＬ０を示す。光学フィルタ９０は、０度光の透過スペクトルＬ０において、紫外光の透過率が２０％以下の第一制限波長帯域Ｂ３を有する。第一制限波長帯域Ｂ３は、光源３０の最大ピークを示す２２２ｎｍより長波長側に位置する。
【0052】
図６Ａの第一制限波長帯域Ｂ３の下限波長Ｂ３Ｌは２３２ｎｍであり、２２０ｎｍ以上２４０ｎｍ未満の波長帯域内にある。しかしながら、第一制限波長帯域Ｂ３の上限波長Ｂ３Ｕは、２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長帯域内にない。第一制限波長帯域Ｂ１は、有害光の波長帯域である２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満を含むため、有害光の透過を制限できる。しかしながら、第一制限波長帯域Ｂ３の帯域幅が７０ｎｍを超える、広い帯域幅になり、誘電体多層膜の厚みが厚くなる。
【0053】
図６Ｂは、光学フィルタ９０の４０度光の透過スペクトルＬ４０を示す。図６Ｂに見られるように、第二制限波長帯域Ｂ４の帯域幅は７０ｎｍを超える、広い帯域幅になる。また、光学フィルタ９０の第二制限波長帯域Ｂ４の下限波長Ｂ４Ｌは、光学フィルタ４０の第二制限波長帯域Ｂ２の下限波長Ｂ２Ｌより短波長側に位置するため、光源の最大ピークを示す２２２ｎｍの光をより透過し難くなり、不活化能力を低下させる要因となる。
【0054】
［透過スペクトルの求め方］
図８は、光学フィルタ４０から透過スペクトルを求める方法の一例を説明する図である。紫外光照射装置１から光学フィルタ４０を取り外し、光源３０と分光光度計４５を備える実験系に取り付ける。光学フィルタ４０を、図８に示すように、光源３０の中心Ｑ２から光学フィルタ４０の入射面に向かう光線が光学フィルタ４０の法線Ｎ１に対して所定の入射角θを得られるように、光学フィルタ４０を傾けて配置する。光源３０から光学フィルタ４０に指向性の光Ｌ２を入射させる。光学フィルタ４０を透過した光の光強度を分光光度計４５で測定する。測定した光強度を、光学フィルタがない場合に出射光の光強度で除することで、所定の入射角θにおける、光学フィルタ４０の透過スペクトルが得られる。また、入射角θを変更しながら測定することにより、入射角ごとの透過スペクトルが得られる。
図８は、光学フィルタ４０から透過スペクトルを求める方法の一例を説明する図である。紫外光照射装置１から光学フィルタ４０を取り外し、光源３０と分光光度計４５を備える実験系に取り付ける。光学フィルタ４０を、図８に示すように、光源３０の中心Ｑ２から光学フィルタ４０の入射面に向かう光線が光学フィルタ４０の法線Ｎ１に対して所定の入射角θを得られるように、光学フィルタ４０を傾けて配置する。光源３０から光学フィルタ４０に指向性の光Ｌ２を入射させる。光学フィルタ４０を透過した光の光強度を分光光度計４５で測定する。測定した光強度を、光学フィルタがない場合に出射光の光強度で除することで、所定の入射角θにおける、光学フィルタ４０の透過スペクトルが得られる。また、入射角θを変更しながら測定することにより、入射角ごとの透過スペクトルが得られる。
【0055】
［光学フィルタの構造］
光学フィルタ４０は、母材上に形成された誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜は、高屈折率層と低屈折率層が交互に積層された積層体で構成される。光学フィルタ４０の透過スペクトルは、誘電体多層膜の材質の組み合わせ、各層の厚み、及び積層数、並びに誘電体多層膜を構成する各層の表面粗さを制御して設計できる。各層の厚みは概ね同じ厚みであっても構わないし、各層の厚みが異なっていても構わない。
光学フィルタ４０は、母材上に形成された誘電体多層膜で構成される。誘電体多層膜は、高屈折率層と低屈折率層が交互に積層された積層体で構成される。光学フィルタ４０の透過スペクトルは、誘電体多層膜の材質の組み合わせ、各層の厚み、及び積層数、並びに誘電体多層膜を構成する各層の表面粗さを制御して設計できる。各層の厚みは概ね同じ厚みであっても構わないし、各層の厚みが異なっていても構わない。
【0056】
本実施形態では、光学フィルタ４０の誘電体多層膜に、ＨｆＯ２層及びＳｉＯ２層が交互に積層された積層体を使用している。ＨｆＯ２は高屈折率層として機能し、ＳｉＯ２は低屈折率層として機能する。有害光の透過を制限するために、ＨｆＯ２層とＳｉＯ２層は合計で１０層以上積層すると好ましく、１５層積層するとより好ましい。しかしながら、上述したように、目的光の透過率の低下の抑制及び製造コストの削減の観点から、ＨｆＯ２層とＳｉＯ２層は合計で３２層以下にすると好ましく、２７層以下にするとより好ましい。
【0057】
誘電体多層膜の総膜厚は１６００ｎｍ以下であると好ましく、１０００ｎｍ以下であるとより好ましく、８００ｎｍ以下であるとさらに好ましい。誘電体多層膜の総膜厚は４００ｎｍ以上であると好ましく、６００ｎｍ以上であるとより好ましい。一層当たりの厚みは、例えば、１０ｎｍ以上であると好ましく、５０ｎｍ以下であると好ましい。
【0058】
誘電体多層膜は、他に、例えば、ＳｉＯ２層及びＡｌ２Ｏ３層が交互に積層されたものでもよい。ＨｆＯ２層及びＳｉＯ２層が交互に積層された誘電体多層膜層は、ＳｉＯ２層及びＡｌ２Ｏ３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減らすことができるため、選択した紫外光の透過率を高めることができる。誘電体多層膜として、他に、ＴｉＯ2やＺｒＯ2等も使用できる。
【0059】
誘電体多層膜を形成する母材には、目的光を透過可能な材料で構成される。母材の具体的な材料としては、例えば、石英ガラスや、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化マグネシウム材、フッ化カルシウム材、フッ化リチウム材、フッ化バリウム材等のセラミクス系材料や、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂系材料を採用し得る。
【0060】
［入射角の制限］
図５Ａと図５Ｂを比較するとわかるように、光学フィルタ４０への入射角が大きくなると、ブルーシフトにより有害光（波長帯域が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満）を透過しやすくなる。有害光を透過しやすくなると、誘電体多層膜の厚みを厚くすることが求められる。また、目的光の透過率も低下する。それゆえ、光源３０からの光が光学フィルタ４０に入射する入射角を小さくすることは、入射角の大きな有害光の透過を抑えられて、誘電体多層膜を薄くすることに寄与する。
図５Ａと図５Ｂを比較するとわかるように、光学フィルタ４０への入射角が大きくなると、ブルーシフトにより有害光（波長帯域が２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ未満）を透過しやすくなる。有害光を透過しやすくなると、誘電体多層膜の厚みを厚くすることが求められる。また、目的光の透過率も低下する。それゆえ、光源３０からの光が光学フィルタ４０に入射する入射角を小さくすることは、入射角の大きな有害光の透過を抑えられて、誘電体多層膜を薄くすることに寄与する。
【0061】
そこで、本実施形態の紫外光照射装置１は、光源３０からの光が光学フィルタ４０に入射する大きな入射角を制限している。図９Ａは図２のＡ－Ａ線における断面図である。電極３０ｂの光出射方向（＋Ｚ方向）、かつ、各発光管３０ａの側方に、凹面の反射鏡５０を配置している。反射鏡５０を配置することにより、発光管３０ａから出射される光線の配光角が拡がらないように制限される。その結果、光学フィルタ４０に小さい入射角で入射する。光学フィルタ４０への入射角は、４５度以内に制限されると好ましく、４０度以内に制限されるとより好ましく、３５度以内に制限されるとさらに好ましい。なお、本明細書において、「入射角がθ１度以内に制限される」とは、光源３０より放射される光線のうち、発光管３０ａのそれぞれから出射する光線束を構成する各光線の、光学フィルタ４０に入射する入射角の絶対値がθ１（度）より小さいことを表す。「発光管３０ａから出射する光線束」は、最も光強度の高い光軸上の光線の光強度に対して１／２以上の光強度を有する光線の集合をいう。
【0062】
図９Ｂを参照して、入射角の制限方法の変形例を示す。図９Ｂに開示された紫外光照射装置５は、ＬＥＤで構成される光源３３と、光源３３が取り付けられる基板３４と、基板３４の光出射方向（＋Ｚ方向）、かつ、各光源３３の側方に配置された遮光板５１と、光源３３と光学フィルタ４０の間に配置されたレンズアレイ５２と、を備えている。光源３３から出射した光は、遮光板５１とレンズアレイ５２により、光源３３から出射される光線の配光角が制限される。その結果、光学フィルタ４０にできるだけ小さい入射角で入射する。
【0063】
入射角の制限方法は図９Ａ及び図９Ｂに示す形態に限らない。反射鏡５０、遮光板５１及びレンズアレイ５２は図に示す形状に限らない。放電ランプを備える紫外光照射装置１が、遮光板５１又はレンズアレイ５２を備えてもよく、ＬＥＤを備える紫外光照射装置５が、反射鏡５０を備えても構わない。レンズアレイではない光学レンズを使用しても構わない。図９Ａの電極３０ｂの表面、又は、図９Ｂの光源３３が取り付けられる基板３４が反射鏡５０としての機能を有していても構わない。
【0064】
以上で、紫外光照射装置の一実施形態を説明した。本発明は上述した実施形態及び変形例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、上述の実施形態及び変形例に種々の変更又は改良を加えたりできる。
【符号の説明】
【0065】
１，５ ：紫外光照射装置
２０ ：光取出し部
３０，３３ ：光源
３０ａ ：発光管
３０ｂ ：電極
３４ ：基板
４０，９０：光学フィルタ
４０ｓ ：（光学フィルタの）入射面
４５ ：分光光度計
５０ ：反射鏡
５１ ：遮光板
５２ ：レンズアレイ
６０ ：筐体
Ｂ１，Ｂ３：第一制限波長帯域
Ｂ１Ｌ，Ｂ３Ｌ：（第一制限波長帯域の）下限波長
Ｂ１Ｕ，Ｂ３Ｕ：（第一制限波長帯域の）上限波長
Ｂ２，Ｂ４：第二制限波長帯域
Ｂ２Ｌ，Ｂ４Ｌ：（第二制限波長帯域の）下限波長
Ｂ２Ｕ：（第二制限波長帯域の）上限波長
２０ ：光取出し部
３０，３３ ：光源
３０ａ ：発光管
３０ｂ ：電極
３４ ：基板
４０，９０：光学フィルタ
４０ｓ ：（光学フィルタの）入射面
４５ ：分光光度計
５０ ：反射鏡
５１ ：遮光板
５２ ：レンズアレイ
６０ ：筐体
Ｂ１，Ｂ３：第一制限波長帯域
Ｂ１Ｌ，Ｂ３Ｌ：（第一制限波長帯域の）下限波長
Ｂ１Ｕ，Ｂ３Ｕ：（第一制限波長帯域の）上限波長
Ｂ２，Ｂ４：第二制限波長帯域
Ｂ２Ｌ，Ｂ４Ｌ：（第二制限波長帯域の）下限波長
Ｂ２Ｕ：（第二制限波長帯域の）上限波長
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
