CN116136296A - 灭活装置、光学滤波器 - Google Patents

灭活装置、光学滤波器 Download PDF

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Ushio Denki KK
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Abstract

本发明提供灭活装置、光学滤波器，其维持或者提高所出射的紫外光中的对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度，并且相比以往抑制了给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度。具备：紫外光源，其出射主要的发光波长频带的至少一部分包含于200nm以上230nm以下的范围内的紫外光；以及光学滤波器，其由电介质多层膜形成，对于以0度的入射角入射的紫外光，具有使波长为190nm以上235nm以下的范围内的紫外光透过的频带，并且，透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm。

Description

灭活装置、光学滤波器
技术领域
本发明涉及一种菌或者病毒的灭活装置，特别是涉及一种利用紫外光的菌或者病毒的灭活装置。另外，本发明涉及一种在利用紫外光的菌或者病毒的灭活装置中使用的光学滤波器。
背景技术
以往，已知一种照射紫外光来对菌、病毒进行灭活的技术，因为DNA在波长260nm附近表现出最高的吸收特性，所以多数情况下都是利用将低压水银灯等作为光源的、波长为254nm附近的紫外光。用紫外光对菌、病毒进行灭活的方法具有如下特征：不会使药剂等飞散，仅通过向对象空间、对象物照射紫外光就能够进行杀菌处理。
众所周知，紫外光存在给人体带来影响的风险较大的波长频带和给人体带来影响的风险较小的波长频带。因此，近些年，正在研究用于通过给人体带来影响的风险较小的波长频带的紫外光对存在于空间内的菌、病毒进行灭活的方法、装置。例如，下述专利文献1记载了使用对人体影响极小的波长为190nm～230nm的紫外光的杀菌装置(灭活装置)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6025756号公报
非专利文献
非专利文献1：Sachiko Kaidzu等，“Re-Evaluation of Rat Corneal Damage byShort-Wavelength UV Revealed Extremely Less Hazardous Property of Far-UV-C
Figure BDA0003901208870000011
”，Photochemistry and Photobiology(外文杂志参考译名：光化学和光生物学)，2021，97：505-516
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供一种灭活装置，该灭活装置通过提高对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度并且抑制给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度的增加而得到了进一步改善。
用于解决课题的手段
本发明的灭活装置的特征在于，具备：
紫外光源，其出射主要的发光波长频带的至少一部分包含于200nm以上230nm以下的范围内的紫外光；以及，
光学滤波器，其由电介质多层膜形成，对于以0度的入射角向所述透光窗的主面入射的紫外光，具有使波长为190nm以上235nm以下的范围内的紫外光透过的频带，并且，透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm。
在本说明书中，“灭活”指的是包括将菌、病毒杀死或者使之失去感染力、毒性的概念，“菌”指的是细菌、真菌(Fungi)等微生物。以下，有时将“菌或者病毒”统称为“菌等”。
在本说明书中，“主要的发光波长频带”是指在从光源出射的光的强度谱中相对于峰值强度表现出10％以上的光强度的波长频带。此外，上述紫外光源的峰值波长优选为190nm～235nm的范围内，更优选为210nm～235nm的范围内。
近些年，有关紫外光对人体的影响的研究和验证不断推进，确认到了紫外线具有容易被皮肤表层、角膜上皮吸收且波长越短则安全性越高这一特征。特别是，确认到了波长小于240nm的紫外光给人体带来影响的风险较小。另外，确认到了波长230nm以下的紫外光给人体带来影响的风险极小。例如，上述非专利文献1报告了对CPD(CyclobutanePyrimidine Dimers：环丁烷嘧啶二聚体)的产生进行验证的结果，其中CPD是由于紫外光的照射而诱发的DNA损伤，是导致癌症产生的要因。
根据上述非专利文献1，波长207nm和波长222nm的紫外光在照射于生物的角膜时仅透过至角膜上皮的最上层，因此仅在角膜上皮的最上层产生CPD，产生于角膜上皮的最上层的CPD在生理代谢回转周期中通常会在24小时以内从角膜剥落，因此基本不会残留在角膜上。
对于有关上述紫外光(特别是波长为200nm～230nm的紫外光)对人体的影响的验证，近些年进行了很多的报告。利用对人体影响较小的波长频带的紫外光的灭活装置，也是受最近的新冠病毒感染症的流行的影响，最近尤其引发关注。
并且，上述那种灭活装置因为利用了对人体影响极小的波长频带的紫外光，而且仍能期待对介由物体表面的接触感染、介由存在于空间中的气溶胶的感染进行抑制的效果，所以正在对其向有人频繁往来的空间、供人长时间进行作业的空间中的设置进行研究。
然而，波长为190nm～230nm的紫外光虽说与由低压水银灯出射的紫外光相比对人体的影响极小，但是考虑到安全性，还是对于其对人体的累积照射量设置了限制值。本申请提交之时，一般推荐将照射于人体的紫外光的累积照射量设于由ACGIH(AmericanConference of Governmental Industrial Hygienists：美国政府工业卫生学家会议)规定的限制值(允许极限值)以内。例如，就波长为222nm的紫外光而言，每一日(8小时)的累积照射量的允许极限值被规定为22mJ/cm2。此外，本说明书中的允许极限值的数值为现行的数值，是今后有可能被变更的数值。另外，并不限于以上的描述，照射于人体的紫外光的累积照射量在进行安全应用方面期望的是预先规定出规定的上限值。
因而，就假定对有人往来的空间等照射紫外光的灭活装置而言，要求其遵守上述紫外光的累积照射量的限制值，同时又能够高效地对处理对象空间、处理对象物进行灭活处理。
上述非专利文献1报告了对由于波长207nm的紫外光和波长222nm的紫外光而产生角膜障碍的累积照射量的阈值的验证结果。并且，上述非专利文献1作出了以下的报告：由于紫外光的照射而确认到角膜障碍的累积照射量的阈值在波长207nm的紫外光的情况下为10000mJ/cm2～15000mJ/cm2，在波长222nm的紫外光的情况下为3500mJ/cm2～5000mJ/cm2。上述结果所示的各个值与ACGIH现今规定的限制值相比是非常高的值。因为这种验证结果的大量发表，现在，关于特定的波长频带的紫外光的累积照射量，也预想会重新考量限制值。
若累积照射量的限制值放宽，则可想象利用紫外光的灭活装置会为了更加高效地对对象空间、对象物进行灭活处理而以更高的强度照射紫外光、在有人往来的空间内始终点亮等使用方式。
然而，在为了提高紫外光的辐射照度而单纯地提高紫外光源的光输出的情况下，对人体造成影响的波长频带的紫外光的强度将会提高，担心在照射于人体的情况下危害健康的风险变大。也就是说，如上所述，为了应对累积照射量的限制值将来被放宽这一情况，使用紫外光的灭活装置要求能够仅提高对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度、而不提高给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度的设计。
另外，在将灭活装置在有人往来的空间内始终点亮的情况下，从该装置出射的紫外光照射于人的时间有可能变长，对人体影响较大的波长频带的紫外光的累积照射量有可能增加，因此担心有危害健康的风险。
据此推测，将来会要求使从灭活装置出射的紫外光中的对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度提高到比现在更高，并且还要抑制给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度的增加。
其次，就从紫外光源出射的紫外光而言，即使在其峰值波长属于对人体影响较小的波长频带的情况下，也存在发光光谱的边缘部分，因此它有时会不可避免地包含对人体带来影响的波长频带的成分。因此，利用紫外光的灭活装置通常都像上述专利文献1所记载的杀菌装置(灭活装置)那样设置用于阻止对人体有影响的波长频带的紫外光的光学滤波器。
鉴于以往的设计思想，光学滤波器被设计为使想要透过的波长频带的透射率表现为十分高的值，并且使想要阻止的波长频带的透射率表现为十分低的值。
此外，在想要透过的波长频带和想要阻止的波长频带的边界附近的波长频带中，存在透射率为5％的波长被称为“波长λ5”或者仅被称为“λ5”等(以下称为“波长λ5”)的情况。“波长λ5”、“λ5”有时被用作考虑玻璃等使光透过的部件、阻止规定的波长频带的光的光学滤波器等的特性参数之际的指标。此外，在本说明书中称为“波长λ5”的情况下，只要没有特殊说明，就与基于以0度的入射角向形成有光学滤波器的透光窗的主面入射的紫外光的光谱而规定的波长对应。
作为使规定的波长频带的紫外光透过的光学滤波器，例如已知基于电介质多层膜的光学滤波器。由电介质多层膜形成的光学滤波器具有能够通过改变各层的膜厚而对所阻止的紫外光的波长频带(反言之即被透过的紫外光的波长频带)进行调整这一特征。
另外，由电介质多层膜形成的光学滤波器由于具有角度依赖性，因此具有透射率的峰值、被透过的波长频带等根据紫外光的入射角而变动这一特征。关于这一点，将随后参照图6及图8进行描述。
因此，本发明人对于利用紫外光的灭活装置，将光学滤波器的入射角度特性也纳入考虑，重新考量了其结构。
首先，本发明人对从灭活装置出射的紫外光进行了验证，确认在规定条件下光学滤波器的入射角特性是怎样左右对人体影响极小的波长200nm以上230nm以下的波长频带中的紫外光的强度的累积值与包含有可能给人体带来影响的波段的波长235nm以上320nm以下的波长频带中的紫外光的强度的累积值之间的比率(该比率被定义为“有害光比率”)的。关于该验证的细节，将随后在“具体实施方式”这一项目中进行描述。
根据上述验证的结果，搭载了波长λ5为240nm这一设计的光学滤波器的灭活装置所出射的紫外光的有害光比率比搭载了波长λ5为235nm这一设计的光学滤波器的灭活装置所出射的紫外光的有害光比率小。这被推测是因为：在产生于紫外光源且向光学滤波器入射的紫外光的辐射通量的角度成分中，大于0度的角度成分占主体。
另外，本发明人基于上述验证结果对各入射角下的有害光比率进行了考察。波长λ5为240nm这一设计的光学滤波器的各入射角下的有害光比率在入射角为0度以上50度以下的范围内为5％以下。即，可确认：对于入射角处于该角度范围内的光，波长λ5为240nm这一设计的光学滤波器抑制有害光比率的效果特别高。
波长λ5为236nm以上且小于245nm这一设计的光学滤波器在入射角为0度～50度的范围内为30％以下。此外，关于此处描述的光学滤波器的特性，将随后在“具体实施方式”这一项目中参照图10进行描述。
也就是说，从容易使安全的紫外光透过而不使紫外光的有害光比率变差的观点来看，优选使用上述那种由电介质多层膜以波长λ5为236nm以上且小于245nm的方式形成的光学滤波器。而且，可以说，就入射的紫外光的相对强度分布中的辐射通量的光强度而言，优选的是，入射角为10度以上50度以下的范围外的紫外光的强度与该入射角范围内的紫外光的强度相比有所降低。也就是说，优选的是，该相对强度分布中的强度峰值包含在入射角为10度以上50度以下的范围内。
因而，在上述灭活装置中，优选的是：
在产生于所述紫外光源且向所述光学滤波器入射的紫外光的辐射通量的各角度成分下的相对强度分布中，表现为峰值的角度包含在10度以上50度以下的范围内。
另外，由图10可知，由电介质多层膜构成的光学滤波器在入射角为10度以上45度以下的范围内将有害光比率抑制为5％以下，在入射角为20度以上40度以下的范围内将有害光比率抑制至3％以下。据此，在相对强度分布中表现为峰值的入射角更优选的是处于10度以上45度以下的范围内，特别优选的是处于20度以上40度以下的范围内。
由此可见，通过设为上述结构，可实现这样一种灭活装置：其提高了对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度，并且相比以往抑制了给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度的增加。
本发明的灭活装置的对象产品能够在不对人、动物的皮肤、眼睛引起红斑、角膜炎的前提下提供紫外光本来的杀菌、病毒的灭活能力。特别是，不同于以往的低压水银灯，通过运用能够在有人环境中使用这一特征将其设置在屋内外的有人环境中，能够对整个环境进行照射，能够提供空气和环境内设置部件表面的病毒抑制及除菌。
这能够应对联合国主导的可持续发展目标(SDGs)的目标3“让不同年龄段的所有人过上健康的生活，提高他们的福祉”，另外，对具体目标3.3“到2030年，消除艾滋病、结核病、疟疾和不可忽视的热带疾病等流行病，抗击肝炎、水传播疾病和其他传染病”有很大贡献。
上述灭活装置也可以如下：
具备收容所述紫外光源的壳体和用于向所述壳体的外侧取出所述紫外光的透光窗，所述光学滤波器设于所述透光窗的主面上。
另外，在上述灭活装置中，也可以如下：
所述光学滤波器以所述波长λ5包含在238nm以上且小于243nm的范围内的方式构成。
另外，在上述灭活装置中，也可以如下：
所述光学滤波器由包含对波长200nm以下的紫外光进行吸收的材料的部件构成。
另外，在上述灭活装置中，也可以如下：
所述紫外光源是将包含氪(Kr)和氯(Cl)的气体作为发光气体封入发光管内的准分子灯。
将包含氪(Kr)和氯(Cl)的气体作为发光气体封入发光管内的准分子灯是出射峰值波长为222nm且主要的发光波长频带包含在200nm以上230nm以下的范围内的紫外光的光源(参照后述的图6)。
本发明的光学滤波器是在上述灭活装置所具备的所述透光窗处形成的、由电介质多层膜构成的光学滤波器，其特征在于，
对于以0度的入射角向所述透光窗的主面入射的紫外光，具有使波长为190nm以上235nm以下的范围内的紫外光透过的频带，并且，透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm。
发明效果
根据本发明，可实现通过提高所出射的紫外光中的对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度并且抑制给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度的增加而得到了进一步改善的灭活装置。
附图说明
图1是示意性地表示灭活装置的一实施方式的外观的附图。
图2是从+Z侧对图1的灭活装置进行观察时的附图。
图3是表示由紫外光源生成的紫外光的光谱的一个例子的图表。
图4是从X方向对图1的灭活装置进行观察时的剖面图。
图5是图4的紫外光源周边的放大图。
图6是按照紫外光对透光窗的入射角θ来表示一实施方式中的光学滤波器的透射率特性的图表。
图7A是示意性地表示对向形成于平面上的光学滤波器入射的紫外光的相对强度分布进行获取的方法的附图。
图7B是从光出射方向对图7A所示的紫外光源进行观察时的附图。
图7C是示意性地表示对向形成于曲面上的光学滤波器入射的紫外光的相对强度分布进行获取的方法的附图。
图7D是表示与考虑了立体角的紫外光源的各角度θi下的辐射通量Vθi相关的、0度～90度的整个范围的相对强度分布的图表。
图8是按照紫外光对透光窗的主面的入射角θ来表示比较例1的灭活装置所具备的光学滤波器的透射率特性的图表。
图9是对于从实施例1及比较例1的灭活装置的透光窗出射的紫外光，考虑所出射的紫外光的立体角，基于向光学滤波器入射的辐射通量的相对强度分布，考虑各角度成分下的累积量将其叠加而得的图表。
图10是表示光学滤波器的各入射角θ下的有害光比率的图表。
图11是对从点光源向所有方位以同样的光通量出射的光的行进进行说明的附图。
图12是灭活装置的其他实施方式的紫外光源周边的放大图。
图13是示意性地表示灭活装置的其他实施方式的实施方式的一个例子的附图。
图14是图13的灭活装置的放大图。
图15是示意性地表示灭活装置的其他实施方式中的紫外光源的结构的附图。
附图标记说明
1：灭活装置
2：房间
10：壳体
20：透光窗
20a：主面
20b：光学滤波器
20c：主面
20d：扩散部件
20p：板
30：紫外光源
30a：发光管
30a1：内壁面
30a2：外壁面
30b：电极
30p：平面
30x：管轴
70：光强度测定器
A1：点光源
C1：测量器
G1：发光气体
L1、Lx：紫外光
N1、N2：法线
P0、P30：区域
Px：平面
Q1：中心
T1、T2：切面
θ：入射角
具体实施方式
图1是示意性地表示灭活装置1的一实施方式的外观的附图，图2是从+Z侧对图1的灭活装置1进行观察时的附图。如图2所示，本实施方式的灭活装置1具备壳体10和收容于壳体10的内侧的紫外光源30。
在以下的说明中，如图2所示，将紫外光源30所具备的后述的多个发光管30a的排列方向作为X方向、将该发光管30a的延伸方向作为Y方向、将正交于X方向和Y方向的方向作为Z方向进行说明。
另外，在表达方向之际，在对正负的朝向加以区分的情况下，将像“+Z方向”、“-Z方向”这样附加正负的符号进行记载，在不区分正负的朝向地表达方向的情况下，仅记载为“Z方向”。在图1及图2所示的灭活装置1中，取出紫外光的方向对应“+Z方向”。
如图1及图2所示，壳体10具备用于将从紫外光源30出射的紫外光向壳体10的外侧取出的透光窗20。
如图2所示，本实施方式的紫外光源30是具备多个发光管30a和一对电极30b的准分子灯。如后述的图4所示，多个发光管30a被载置于一对电极30b。
图3是表示由紫外光源30生成的紫外光Lx的光谱的一个例子的图表。本实施方式的紫外光源30将氪(Kr)和氯(Cl)作为发光气体G1封入发光管30a内，通过向电极(30b、30b)之间施加电压，出射图3所示的峰值波长为222nm的紫外光Lx。另外，如图3所示，从紫外光源30出射的紫外光呈现出主要的发光波长频带为216nm以上223nm以下的光谱。
紫外光源30因为能够采用出射对人体影响较小且确认有灭活处理效果的波长频带的紫外光的光源，所以所出射的紫外光的峰值波长优选包含在210nm以上235nm以下的范围内，更优选包含在波长215nm以上230nm以下的范围内。
图4是从X方向对图1的灭活装置1进行观察时的剖面图，图5是图4的紫外光源30周边的放大图。透光窗20是用于将从紫外光源30出射的紫外光向壳体10的外侧取出的光出射窗。本实施方式的透光窗20在主面20a上形成有由电介质多层膜构成的光学滤波器20b。
在灭活装置1中，表现出图3所示的光谱的紫外光在通过随后将参照图4及图5进行描述的光学滤波器20b之后，被从透光窗20向外部取出。此外，在图4中，将由紫外光源30生成的紫外光标记为“紫外光Lx”，将通过透光窗20向灭活装置1的外部取出的紫外光标记为“紫外光L1”，由此来区分两者。以下也会适当使用同样的表达。
透光窗20由能够使包含于波长190nm以上235nm以下的波长频带的紫外光透过的材料构成。作为透光窗20的具体材料，例如能够采用石英玻璃，或硼硅酸盐玻璃、蓝宝石、氟化镁材料、氟化钙材料、氟化锂材料、氟化钡材料等陶瓷类材料，或者硅树脂、氟树脂等树脂类材料。
另外，如图5所示，本实施方式的光学滤波器20b形成于透光窗20的主面20a，但也可以形成于透光窗20的与主面20a相反的一侧的主面20c。
在本实施方式中，紫外光源30的发光管30a的管轴方向(Y方向)的长度为70mm，紫外光源30与光学滤波器20b的分离距离为8mm，光学滤波器20b的尺寸为(X，Y)＝(60mm，45mm)。此外，此处记载的各个尺寸构成仅是一个例子，只要构成为在向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布中在入射角θ为10度以上50度以下的范围内表现出强度峰值即可，各个尺寸是任意的。
图6是按照紫外光对透光窗20的主面20a的入射角θ表示本实施方式中的光学滤波器20b的透射率特性的图表。本实施方式中的光学滤波器20b由电介质多层膜形成，如图6所示，构成为具有使波长为190nm以上235nm以下的范围内所属的紫外光Lx透过的频带。
此外，该图6的图表是使用分光光度计对透过光学滤波器20b的光线的分光光谱进行测定而得的图表。具体而言，图6是使与对光学滤波器20b的入射角θ对应的出射角在0度～60度的范围内每次变化10度，对各入射角θ下的波长200nm～320nm的透射率进行测定而得的图表。
图6所示的图表是将通过该测定而得的各入射角θ下的透射率的波形重叠而制成的。
另外，如图6所示，本实施方式中的光学滤波器20b构成为：对于以0度的入射角θ向透光窗20的主面20a入射的紫外光，透射率表现为5％的波长λ5(该波长λ5，总而言之，是透射率表现为5％的长波长侧的波长)为240nm。
此外，由电介质多层膜构成的光学滤波器20b能够通过对构成电介质多层膜的各膜的膜厚进行微调来调整波长λ5。
就光学滤波器20b而言，向透光窗20入射的紫外光Lx的入射角θ越大，则紫外光Lx所透过的频带越逐渐向短波长侧移动，并且透射率的峰值越逐渐降低。但是，如图6所示，就本实施方式的光学滤波器20b而言，即使紫外光Lx的入射角θ超过40度，波长200nm以上230nm以下的波长频带中的紫外光的透射率也维持在50％以上。
在此，参照附图对本说明书中的“相对强度分布”进行说明。图7A是示意性地表示对向形成于平面上的光学滤波器20b入射的紫外光的相对强度分布进行获取的方法的附图，图7B是从光出射方向对图7A所示的紫外光源30进行观察时的附图。另外，图7C是示意性地表示对向形成于曲面上的光学滤波器20b入射的紫外光的相对强度分布进行获取的方法的附图。图7A～图7C所示的收容紫外光源30的壳体10，为了便于图示，被图示成了与其他附图所图示的壳体10不同的结构。
首先，对向形成于透光窗20的主面20a上、即平面上的光学滤波器20b入射的情况下的相对强度分布的获取方法进行说明。在图7A及图7B所示的结构的灭活装置1中，在去除光学滤波器20b的状态下，以一位置为基准，在第一方向(在本实施方式中是以通过中心Q1且与发光管30a的管轴方向平行的直线为中心轴的周向)上使角度θi每次变化5度，对出射角度为0度～±90度的范围的紫外光的强度进行测定，上述一位置是从紫外光源30的中心Q1起位于形成有光学滤波器的平面的法线N1方向的、能够对从紫外光源30出射的紫外光进行检测的位置。
此处的角度θi由光线相对于透光窗20的法线N1的倾斜角度规定，在距紫外光源30规定的分离距离的位置测定光强度。如图7A所示，在紫外光源30具备多个发光管30a的结构的情况下，视为从配置有发光管30a的区域30c的中心Q1出射光来进行测量。
此外，在进行测量之际，期望的是，距紫外光源的分离距离相对于光源尺寸为10倍以上。例如，在本实施方式中，期望的是，分离距离为50cm以上。通过充分确保分离距离，容易处理为实质的点光源，而在分离距离较短的情况下，容易产生计算误差。
接下来，在去除光学滤波器20b的状态下，在第二周向(在本实施方式中是以通过中心Q1且与发光管30a的排列方向平行的直线为中心的周向)上使角度θi每次变化5度，对出射角度为0度～±90度的范围的紫外光的强度进行测定。此外，第一方向和第二方向被规定为如下关系：在从法线N1方向观察时，如图7A所示，若使测量器C1的位置以对准各测定点的方式进行移动，则测量器C1的移动路线正交。
通过上述的方法，在去除光学滤波器20b的状态下在第一方向及第二方向上每隔5度测定光强度分布。
接下来，根据通过上述方法获取的方法，计算以紫外光的总通量来看时的、辐射通量在各角度θi(为了便于标记，此处按照弧度制[rad]进行说明)成分下进行累积而得的光强度。对于向光学滤波器20b入射的紫外光，若将各角度θi成分下的辐射通量设为Vθi，则根据角度θi的值通过下述式1～式3的算式计算辐射通量Vθi。
【式1】
Figure BDA0003901208870000131
上述式1的算式是适用于角度θi为θi＝0的情况的算式。
【式2】
Figure BDA0003901208870000132
上述式2的算式是适用于角度θi为0＜θi＜π的情况的算式。
【式3】
Figure BDA0003901208870000133
上述式3的算式是适用于角度θi为θi＝π的情况的算式。
在此，“IAθi”是第一方向的角度θi下的紫外光的光强度，“IBθi”是第二方向的角度θi下的紫外光的光强度。另外，“Δθ”是第一方向及第二方向各自的测定角度间隔。此外，测定角度间隔Δθ为π/36(＝5度)。
例如，在计算角度θi为π/12(＝15度)的角度成分的辐射通量Vθi的情况下，测量第一方向上的紫外光的角度θi为15度的光强度IAθi和第二方向上的紫外光的角度θi为15度的光强度IBθi。并且，测定角度间隔Δθ设为π/36(＝5度)。并且，使用适用于角度θi为π/12(＝15度)的情况的上述数2的算式，计算角度θi＝π/12(＝15度)的辐射通量Vθi。
通过按照上述步骤计算各角度θi(以下，再次按照度数制进行说明)下的辐射通量Vθi并制成图表，能够判定呈现出累积强度的峰值的角度θi。图7D是表示与图7A及图7B所示的测定系统中的各角度θi下的辐射通量Vθi相关的、0度～90度的整个范围的相对强度分布的图表。如图7D所示，图7A及图7B所示的紫外光源30在角度θi为20度以上50度以下的范围内形成辐射通量Vθi的光强度的峰值。
在光学滤波器20b形成于曲面上、而非平面上的情况下，如图7A所示，以切面T1的法线N1为基准测定各角度θi下的光强度。此外，法线N1是从中心Q1对切面T1所引的垂线。
然而，由于光学滤波器20b的曲率，如图7C所示，会产生测定对象即光线的行进方向与法线N1所成的角度和与该光线实际通过的位置的切面T2的法线N2所成的角度不同的部分。因此，在光学滤波器20b形成于曲面上的情况下，对于在各角度θi下得到的紫外光的辐射通量的光强度，进行角度θi的修正。此外，修正的内容如下。
为了便于说明，此处以光学滤波器20b如图7C所示那样仅向第一方向弯曲为前提进行说明。如果是光学滤波器20b向第一方向弯曲的方式，则根据从紫外光源30的中心Q1出射的光相对于法线N1的角度θi，对与光学滤波器20b的切面T2正交的法线N2计算修正角度θic。
在光学滤波器20b形成于曲面上的情况下，将通过上述方法计算出的紫外光的辐射通量Vθi视为修正角度θic的辐射通量的光强度来进行修正。例如，“VAθi”是基于第一方向的角度θi的紫外光的辐射通量，“VBθi”是基于第二方向的角度θi的紫外光的辐射通量，而光学滤波器弯曲的第一方向的角度θi视为修正角度θic的辐射通量，“VAθi”处理为基于修正角度θic的紫外光的辐射通量。
此时，通过将第一方向上的各修正过的角度成分下的辐射通量“VAθi”的相对强度分布与第二方向上的各未修正的角度成分下的辐射通量“VBθi”的相对强度分布叠加，计算修正后的整体的辐射通量“Vθi”的相对强度分布。此外，在光学滤波器20b在第二方向上也弯曲的情况下，在第二方向上也同样进行上述修正。
接下来，由于在透过光学滤波器20b从壳体10出射的紫外光中进行了用于确认光学滤波器20b的波长λ5与有害光比率的相关性的验证，因此对该验证进行说明。
此处的“有害光比率”，如上所述，对于从灭活装置出射的紫外光，定义成将波长为235nm以上320nm以下的紫外光的强度积分而得的值相对于将波长为200nm以上230nm以下的紫外光的强度积分而得的值的比率。
此外，如上所述，照射于人体的紫外光的累积照射量按照波长规定了规定的标准值。因此，作为验证对象的各灭活装置将光强度的最大值标准化为“1”以使从透光窗20出射的紫外光L1的峰值波长(在本验证中为波长222nm)下的强度相同来比较有害光比率。
(实施例1)
实施例1采用了上述的灭活装置1。
(比较例1)
比较例1采用了除了对构成光学滤波器20b的各个电介质多层膜的膜厚进行调整而将波长λ5调整为235nm以外均与实施例1相同的结构的灭活装置。图8是按照紫外光对透光窗20的入射角θ来表示比较例1的灭活装置所具备的光学滤波器的透射率特性的图表。此外，图8的图表的制作方法与上述的图6的情况相同。可知：与图6所示的光学滤波器20b的特性相比，比较例1的光学滤波器的波长200nm以上230nm以下的波长频带中的紫外光的透射光量的总量更低。
(结果)
图9是对于从实施例1及比较例1的灭活装置各自的透光窗出射的紫外光，考虑所出射的紫外光的立体角，基于向光学滤波器入射的相对强度分布，考虑各角度成分下的累积量将其叠加而得的图表。这在透过了光学滤波器的紫外光的总通量中相当于各角度成分下的光谱、使相对强度的差异均匀化的情况下的光谱。图9所示的图表的纵轴以对数标度表示了将波长222nm下的光强度设为1时的相对强度。此外，图9所示的图表还与使来自光学滤波器的出射光完全扩散时所得到的光谱近似。
基于图9所图示的图表计算的有害光比率在实施例1中为0.69％，在比较例1中为0.72％。也就是说，可确认：从实施例1的灭活装置1出射的紫外光L1，相对于从比较例1的灭活装置出射的紫外光，有害光的强度相对于灭活处理中使用的紫外光的强度的比率更低。
就实施例1的光学滤波器20b而言，如图6所示，在入射角θ为60度的情况下，从波长300nm附近开始，透射率变高，在入射角θ为50度的情况下，从波长310nm附近开始，透射率变高。相对于此，就比较例1的光学滤波器而言，如图8所示，在入射角θ为60度的情况下，从波长290nm附近开始，透射率变高，在入射角θ为50度的情况下，从波长300nm附近开始，透射率变高，在入射角θ为40度的情况下，从波长310nm附近开始，透射率变高。
由电介质多层膜构成的光学滤波器若通过调整各层的膜厚而使波长λ5变动，则透射率的特性伴随着波长λ5的变动而变动。具体而言，如图6及图8所示，伴随着波长λ5向短波长侧变动，存在于波长300nm附近的透射率增加的频带向短波长侧移动。
据此，如图9所示的图表那样，比较例1中的波长240nm～320nm的紫外光的相对强度高于实施例1的紫外光L1的强度。
而且，如图6及图8所示，在任一光学滤波器中，都是在波长200nm～210nm的波长频带中透射率为10％以下，透射率随着从波长210nm向长波长侧而增加。该特征相对于波长λ5的变动几乎不发生变化。这是因为：虽然长波长侧的紫外光的阻止波长范围根据光学滤波器的膜设计而变动，但是短波长侧的紫外光由光学滤波器自身吸收。
如上所述，对由紫外光源30生成的紫外光Lx的光强度进行调整，以使从透光窗20出射的紫外光L1的峰值波长(在本验证中为波长222nm)下的光的累积光量为规定的标准值(在本验证中为22mJ/cm2)。此时，实施例1中的紫外光源30与比较例1中的紫外光源30相比，峰值波长的透射率容易维持在更高水准。因而可知，与比较例1中的紫外光源30相比，实施例1中的紫外光源30在峰值波长的累积光量变为规定的标准值以前照射紫外光时的有害光比率都不会变差，在图9中是有害光比率变低。
因此，实施例1的灭活装置1与比较例1的灭活装置相比，波长200nm以上230nm以下的频带中的光强度的积分值的变动较少，波长235nm以上320nm的频带中的光强度的积分值向更低的方向变动。
图10是表示光学滤波器20b的各入射角θ下的有害光比率的图表，纵轴表示有害光比率，横轴表示入射角θ。如图10所示，在波长λ5为236nm这一设计的光学滤波器中，在入射角θ为0度～50度的范围内，有害光比率为30％以下，若入射角θ变为50度以上，则变为高于30％的有害光比率。
另外，波长λ5为244nm这一设计的光学滤波器在入射角θ为0度时为超过5.0％的有害光比率，但有害光比率随着入射角θ的变大而逐渐降低，在入射角θ为10度～50度的范围内，有害光比率变为5％以下。并且，若入射角θ大于60度，则有害光比率超过30％。
由此可知，为了在将有害光比率抑制为至少30％以下的范围内配置向光学滤波器入射的紫外光的各角度成分下的辐射通量的峰值，优选的是，在相对强度分布中表现为峰值的入射角θ包含在10度以上50度以下的范围内。另外可知，为了进一步使有害光比率降低，在相对强度分布中表现为峰值的入射角θ更优选的是包含在10度以上45度以下的范围内，特别优选的是包含在20度以上40度以下的范围内。
最后，对向本实施方式中的光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布在入射角θ为20度以上50度以下的范围中呈现出强度峰值这一情况进行说明。图11是对从点光源A1向所有方位以同样的光通量出射的光的行进进行说明的附图。如图11所示，假定从点光源A1向所有方位以同样的光通量出射光，其一部分被照射于平面Px。
并且，如图11所示，将从点光源A1出射的光束以0度的入射角θ入射的平面Px上的区域设为P0，将以30度的入射角θ入射的区域设为P30。于是，由图11可知，在平面Px上，区域P0仅为一个点，而区域P30是以区域P0为中心的圆环状的区域。
而且，如上所述，可知：若从点光源A1向所有方向以同样的光束出射光，则与仅向位置P0一个点入射的光的光束相比，向形成圆环状的区域的位置P30整体入射的光的光束的合计量更大。即，若假定光源为点光源，则对规定的面入射的光的光束的总量随着入射角θ从0度变大而变大。这意味着，位置P30处的辐射通量的各角度成分下的相对强度比位置P0处的辐射通量的各角度成分下的相对强度大。
本实施方式的灭活装置1所搭载的紫外光源30可视为与沿发光管30a的管轴方向排列点光源而成的光源等效。如此一来，若假定以所排列的各个点光源来看的情况，则向光学滤波器20b入射的光束在入射角θ为0度的情况下最小，随着从0度变大，光束的总量逐渐变大。
向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的强度与光束的量成比例。并且，随着入射角θ从0度变大，向光学滤波器20b入射的光束的量增加。并且，若进入入射角θ大到某种程度的区域，则无法向光学滤波器20b入射的光束的量增加，因此紫外光Lx的光束的量转为减少。入射的光束的量开始减少的入射角θ可通过紫外光源30与光学滤波器20b的距离、紫外光源30的发光管30a的尺寸、光学滤波器20b被形成的面积等进行调整。紫外光源30、光学滤波器20b的具体尺寸等如上所述。
根据上述结果可确认：波长λ5为236nm以上且小于245nm这一设定的光学滤波器20b对于入射角θ为10度～50度的范围的紫外光Lx使有害光比率降低的效果较高。因而，就向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布而言，优选的是，入射角θ为10度～50度的范围外的光强度低于入射角θ为10度～50度的范围内的光强度。即，优选的是，向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布中的强度峰值包含在入射角θ为10度～50度的范围内。
出于以上理由，从实施例1的灭活装置1出射的紫外光L1达到了与从比较例1的灭活装置出射的紫外光相比有害光比率更低的结果。
因而，通过设为上述结构，灭活装置1能够降低所出射的紫外光L1包含的对人体有影响的紫外光的比例。也就是说，可实现提高了对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度并且给人体带来影响的波长频带的紫外光的强度与以往为同等或者相比以往受到了抑制的灭活装置1。
另外，如图9所示，相对于比较例1，在实施例1中，波长235nm～240nm的紫外光量相对较高，波长240nm～320nm的紫外光量相对较低。也就是说，对人体影响更高的240nm～280nm的波长频带所属的紫外光量进一步降低，与该波长频带相比安全性更为良好的波长235nm～240nm的紫外光量增加。因此可认为，在实施例1中，在包含有可能给人体带来影响的波段的波长235nm以上320nm以下的波长频带内，对人体影响较高的波长成分进一步降低，安全性进一步提高。
如上所述，为了降低有害光比率，期望的是，抑制波长200nm以上230nm以下的频带中的光强度的积分值的降低，并且降低波长235nm以上320nm的频带中的光强度的积分值。
因此，光学滤波器也可以是限制波长235以上320nm以下的波段中的至少一部分紫外光透过的低通滤波器，由此能够做到难以使波长200nm以上230nm以下的频带中的光强度的积分值降低。
另外，光学滤波器也可以是使波长200nm以上230nm以下的紫外光透过并限制波长235nm以上320nm以下的波长频带中的至少一部分紫外光透过的带通滤波器。该情况下，光学滤波器期望由包含对波长200nm以下的紫外光进行吸收的材料的部件构成。即使在吸收边由于光学滤波器的膜设计而发生了变动的情况下，通过使200nm以下的紫外光由光学滤波器自身吸收，也可稳定地限制波长200nm以下的紫外光的透过，波长200nm以上230nm以下的波长频带的光强度容易稳定。此外，对波长200nm以下的紫外光进行吸收的材料例如是HfO2、Y2O3等。
如以所上，光学滤波器20b通过采用透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm的光学滤波器，有助于降低有害光比率。另外，光学滤波器通过采用波长λ5为236nm以上且小于245nm、并使波长200nm～230nm的紫外光透过的低通滤波器，容易防止波长230nm以下的紫外光的透射率由于光学滤波器的膜设计的不同而变差。而且，通过使用由对波长200nm以下的紫外光进行吸收的材料构成的带通滤波器，可稳定地限制波长200nm以下的紫外光的透过，波长200nm以上230nm以下的紫外光的光强度容易稳定。
本实施方式中的光学滤波器20b以波长λ5为240nm的方式构成，但从抑制给人体带来影响的波长频带的紫外光自壳体10的取出量的观点来看，根据上述验证结果，光学滤波器20b的波长λ5优选为波长236nm以上且小于245nm。另外，为了进一步抑制给人体带来影响的波长频带的紫外光自壳体10的取出量，光学滤波器20b的波长λ5的上限波长优选为243nm以下，更优选为波长242nm以下。为了进一步提高对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度，光学滤波器20b的波长λ5的下限波长优选为波长237nm以上，且优选为波长238nm以上，更优选为波长239nm以上。基于以上的描述，例如，更优选的是，光学滤波器的波长λ5为波长238nm以上243nm以下。
本实施方式中的紫外光源30只要是生成主要的发光波长频带的至少一部分包含在200nm以上230nm以下的范围内的紫外光Lx的光源即可。紫外光源30例如也可以是将氪(Kr)气和溴(Br)气作为发光气体G1封入发光管30a内的、出射峰值波长为207nm的紫外光Lx的准分子灯。另外，还可以采用峰值波长包含在200nm以上235nm以下的范围内的LED、LD、使用了波长转换部件的紫外光源。
[其他实施方式]
以下，对其他实施方式进行说明。
〈1〉图12是灭活装置1的其他实施方式的紫外光源30周边的放大图。如图12所示，灭活装置1也可以在光学滤波器20b的后一级进一步具备使从光学滤波器20b出射的紫外光L1扩散的扩散部件20d。
扩散部件20d使透过了光学滤波器20b的紫外光L1扩散，使从光学滤波器20b出射的紫外光L1的根据角度成分而不同的光强度、光谱等均匀化。因此，从灭活装置1出射的紫外光L1的光束分别为具有与图9所示的光谱大致相同的特性的光束。因而，通过设为上述结构，灭活装置1能够提高对人体影响较小的波长频带的紫外光的强度，将维持或者降低了有害光比率的紫外光L1照射到更大的范围，能够高效地并且更安全地对大范围执行灭活处理。
此外，在本实施方式中，如图12所示，图示了在透光窗20的光学滤波器20b上直接重叠扩散部件20d的结构，但扩散部件20d的结构并不限于该结构，例如也可以是作为其他部件通过螺纹紧固向壳体10固定的结构，还可以是与光学滤波器20b分离配置的结构。
〈2〉图13是示意性地表示灭活装置1的其他实施方式的实施方式的一个例子的附图。图14是图13的灭活装置1的放大图。如图14所示，灭活装置1也可以是如下结构：不具备壳体10，仅在紫外光源30的周围的一部分设置形成有光学滤波器20b的板20p。
板20p的材料可以采用上述构成透光窗20的材料。另外，如图14所示，板20p弯曲地形成，但也可以平坦地形成。
此外，在本实施方式中，如图14所示，通过弯曲地形成板20p，光学滤波器20b也将形成在曲面上、而非平面上。在这样的情况下，如图14所示，按照相对于规定部位的法线N1的倾斜角(入射角θ)，通过前面参照图7A及图7B描述的测定方法进行测定，求出向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的辐射通量的各角度成分下的相对强度分布。
通过设为上述结构，例如，如图13所示，将抑制了有害光比率的紫外光L1照射到有人往来的房间2的下方空间。并且，比人的身高更高的房间2的上方空间则原样照射未被板20p、光学滤波器20b衰减的紫外光Lx。存在于房间2内的作为灭活处理对象的气溶胶等会通过自然对流而在房间2内的下方空间和上方空间中循环。因此，通过向房间2的上方空间照射高强度的紫外光Lx，借助自然对流进行房间2内的灭活处理。
因而，本实施方式的灭活装置1能够兼而实现对人的安全性和高效率的灭活处理。
〈3〉图15是示意性地表示灭活装置1的其他实施方式中的紫外光源30的结构的附图。就灭活装置1而言，只要其构成为向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布在20度以上50度以下的范围中具有强度峰值，就也可以如图14所示那样，在构成紫外光源30的发光管30a的壁面上构成光学滤波器20b。此外，形成光学滤波器20b的部位既可以是发光管30a的内壁面30a1，也可以是外壁面30a2。
图15所示的紫外光源30是沿管轴30x切断而得的剖面呈矩形形状的、被称为扁平管形状的准分子灯，通过向一对电极(30b、30b)之间施加电压而在发光管30a内产生紫外光Lx，该一对电极(30b、30b)以隔着封入了发光气体G1的发光管30a相对的方式设置。此时，紫外光Lx在与电极(30b、30b)平行且包含管轴30x的平面30p附近产生得最多。
在此，在本实施方式中，示出对向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的相对强度分布进行估算的例子。首先，假定在平面30p上紧密地排列有向所有方向出射相同的光束的光的多个点光源。如此一来，若从光学滤波器20b来看，则就从各点光源出射的光而言，以0度入射的光束最少，随着角度的扩大，光束变多，并且，某一大小的入射角以上的光难以向光学滤波器20b入射。
也就是说，在扁平管形状的准分子灯中，调整电极(30b、30b)之间的距离、发光管30a的宽度(在与管轴30x的方向和电极(30b、30b)相对的方向均正交的方向上相对的壁面的分离距离)等，调整向光学滤波器20b入射的紫外光Lx的量，使得向光学滤波器20b入射的紫外光Lx为在入射角θ为20度以上50度以下包含峰值强度的相对强度分布。
作为可用于灭活装置1的扁平管形状的准分子灯所构成的紫外光源30的具体尺寸的一个例子，电极(30b、30b)之间的距离为8mm，发光管30a的宽度为20mm，发光管30a的管轴30x方向的长度为100mm。并且，光学滤波器20b遍及内壁面30a1或30a2的整个平坦区域形成。
此外，上述结构仅是一个例子，只要以相对强度分布满足规定条件的方式构成即可，紫外光源30也可以是扁平管形状以外的形状的准分子灯，例如可以采用双重管形状的准分子灯、作为准分子灯以外的光源的LED、激光器等。
〈4〉上述灭活装置1所具备的结构只不过是一个例子，本发明并不限定于图示出的各结构。

Claims (8)

1.一种灭活装置，其特征在于，具备：
紫外光源，其出射主要的发光波长频带的至少一部分包含在200nm以上且230nm以下的范围内的紫外光；以及
光学滤波器，其供在所述紫外光源中产生的紫外光入射，由电介质多层膜形成，对于以0度的入射角入射的紫外光，具有使波长为190nm以上且235nm以下的范围内的紫外光透过的频带，并且，透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm。
2.根据权利要求1所述的灭活装置，其特征在于，
在产生于所述紫外光源且向所述光学滤波器入射的紫外光的辐射通量的各角度成分下的相对强度分布中，表现为峰值的角度包含在10度以上且50度以下的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的灭活装置，其特征在于，
所述灭活装置具备收容所述紫外光源的壳体和用于向所述壳体的外侧取出所述紫外光的透光窗，所述光学滤波器设于所述透光窗的主面上。
4.根据权利要求1或2所述的灭活装置，其特征在于，
所述光学滤波器的所述波长λ5为238nm以上且小于243nm。
5.根据权利要求1或2所述的灭活装置，其特征在于，
所述光学滤波器由包含对波长200nm以下的紫外光进行吸收的材料的部件构成。
6.根据权利要求1或2所述的灭活装置，其特征在于，
所述紫外光源出射峰值波长包含在210nm以上235nm以下的范围内的紫外光。
7.根据权利要求1或2所述的灭活装置，其特征在于，
所述紫外光源是将包含氪和氯的气体作为发光气体封入到发光管内的准分子灯。
8.一种光学滤波器，该光学滤波器是权利要求1或2所述的灭活装置所具备的、由电介质多层膜形成的光学滤波器，其特征在于，
对于以0度的入射角向所述光学滤波器入射的紫外光，具有使波长为190nm以上且235nm以下的范围内的紫外光透过的频带，并且，透射率表现为5％的波长λ5为236nm以上且小于245nm。
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