CN116785468A - 紫外光照射装置 - Google Patents

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Abstract

提供紫外光照射装置，其对人及动物确保了较高的安全性，并且对病原体提高了灭活能力。紫外光照射装置具备：光源，其发出属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光的光源；以及光学滤波器，其供所述紫外光入射；所述光学滤波器的、以0度的入射角入射的透射光谱具有使0度光透过的第一透射频带及第二透射频带和限制所述0度光的透过的第一限制频带，所述第一透射频带存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，所述第二透射频带存在于超过300nm且小于400nm的波长频带内，所述第一限制频带至少存在于240nm以上且小于300nm的整个波长区域，并且所述第一限制频带的上限形成在超过300nm且为380nm以下的范围内。

Description

紫外光照射装置
技术领域
本发明涉及紫外光照射装置。
背景技术
200nm～280nm这一波长范围的紫外光(UVC频带)公知可使存在于环境中的细菌、病毒等病原体灭活，被用于杀菌灯等。但是，该紫外光还公知会透射至生物体的皮肤内部，对皮肤内部的细胞造成破坏。另外，近些年，有关紫外光对人的影响的研究正在不断推进，对于处于UVC频带但波长短于240nm的波长频带的紫外光，确认到了波长越短则越容易被皮肤表层或角膜上皮吸收，皮肤内部的细胞越难以受到影响，故而安全性提高。于是，向人体或有人存在的环境中积极照射波长短于240nm的波长频带的紫外光的紫外光照射装置正在实用化(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6908172号公报
发明内容
发明所要解决的课题
最近，也是受新型冠状病毒感染症的流行的影响，利用紫外光对存在于环境中的细菌、病毒等病原体进行灭活的需求不断高涨。因此，希望放射200nm～240nm这一波长范围的紫外光的装置的进一步应用。另一方面，240nm～280nm这一波长范围的紫外光由于对人体的有害性相对较高，因此为了使240nm～280nm这一波长范围的紫外光不向外大量放射，需要更适当地对其进行抑制。
本发明的目的在于提供一种对人及动物确保了较高的安全性并且对病原体提高了灭活能力的紫外光照射装置。
用于解决课题的手段
本发明的紫外光照射装置的一方式具备：
光源，其发出属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光；以及
光学滤波器，其被配置为供所述紫外光入射，包含电介质多层膜；
所述光学滤波器的、所述紫外光以0度的入射角向所述光学滤波器入射的0度光的透射光谱具有使所述0度光透过的第一透射频带及第二透射频带和限制所述0度光的透过的第一限制频带，
所述第一透射频带存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，
所述第二透射频带存在于超过300nm且小于400nm的波长频带内，
所述第一限制频带至少存在于240nm以上300nm以下的整个波长区域，并且所述第一限制频带的上限形成在超过300nm且为380nm以下的范围内。
虽然属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光对人体的影响较小，但是在将该紫外光向有人存在的环境照射的情况下，有时要求抑制该紫外光的照射量。例如，在ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists：美国政府工业卫生专家会议)或者JIS Z 8812(有害紫外放射的测定方法)中，将每一日(8小时)对人的紫外光照射量规定在了允许极限值(TLV：Threshold Limit Value)以下。
但是，按照波长规定的TLV往往会伴随着有关紫外光对人体的影响的研究的进展而重新考量。例如，在现行的ACGIH中，波长222nm的光的TLV为每一日(8小时)22mJ/cm2。今后，期待TLV会随着222nm的波长的光对人体的安全性的进一步明了而有所放宽。
若TLV放宽，则为了提高灭活能力，可以使属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光的照射量增加。另一方面，对人体的有害性相对较高的240nm～280nm的紫外光也会增加。上述紫外光照射装置即便使属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光的照射量增加，也能够更适当地抑制240nm～280nm的紫外光，对此详见后述。
以下，对本说明书所使用的术语等给出定义，并且对紫外光照射装置的说明及其作用效果进行详述。
在本说明书中，所谓从光源发出的属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光，表示由光源发出的发光光谱的至少一部分在200nm以上且小于240nm的波长频带中表现出强度。可以不必在200nm以上且小于240nm的整个波长区域中表现出强度。
作为发出属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光的光源，可例示出KrCl准分子灯、KrBr准分子灯或者所发出的光的至少一部分包括在220nm以上且小于240nm的波长频带中表现出强度的光的LED。
在200nm以上且小于240nm的波长频带中表现出强度的光是具有使病原体灭活的作用并且对人及动物的有害性较低的光。因此，使用发出该光的光源的紫外光照射装置能够设置于有人频繁往来的空间、供人长时间进行作业的空间。此外，对人、动物安全的波长范围优选的是波长为200nm以上237nm以下，更优选的是波长为200nm以上235nm以下，进一步优选的是波长为200nm以上230nm以下。在本说明书中，有时将属于200nm以上且小于240nm的波长频带的光称为“目标光”。
在本说明书中，“病原体”包含细菌及真菌(Fungi)等菌类、以及病毒。所谓“灭活”，是包括将病原体杀死、或者使之失去感染力、毒性的概念。
如上所述，在从光源出射的紫外光所入射的位置，配置有包含电介质多层膜的光学滤波器。光学滤波器的特性能够通过将所透过的波长表示为横轴且将所透过的光的相对强度表示为纵轴的透射光谱进行评价。就光学滤波器而言，其透射光谱根据向光学滤波器的入射角而不同，对此详见后述。因此，在本说明书中，将会区别入射角来对光学滤波器的特性进行评价。在本说明书中，以θ度的入射角向光学滤波器入射的光被表达为“θ度光”。θ是0度(0deg)以上且小于90度(90deg)。
在所述光学滤波器中，所述紫外光以0度的入射角向所述光学滤波器入射的0度光的透射光谱具有使0度光透过的第一透射频带及第二透射频带和限制0度光的透过的第一限制频带。
在本说明书中，透射率可通过利用分光光度计分别测定以规定的入射角向光学滤波器入射的光线的分光谱和该光线从该光学滤波器出射的分光谱并求出(从光学滤波器出射的光强度/向光学滤波器入射的光强度)×100(％)而获得。
在本说明书中，在对透射率的具体数值不作特别提及而仅表示为“第一透射频带”及“第二透射频带”时，“第一透射频带”及“第二透射频带”中的光学滤波器的透射率为15％以上。
其中，第一透射频带中的透射率优选为30％以上，更优选为50％以上，更优选为60％以上，更优选为70％以上，更优选为80％以上。
其中，第二透射频带中的透射率优选为20％以上，更优选为25％以上，更优选为30％以上，更优选为35％以上，更优选为40％以上，更优选为45％以上，更优选为50％以上。
另外，第二透射频带中的透射率优选比后述第一限制频带中的最大透射率高10％以上，更优选高15％以上，更优选高20％以上。
在本说明书中，在对于透过光学滤波器的紫外光的透射率没有提及其具体数值时，对光学滤波器的透过进行限制的第一限制频带的透射率小于5％。
其中，第一限制频带中的透射率优选的是被限制在4％以下，更优选的是被限制在3％以下，更优选的是被限制在2％以下，更优选的是被限制在1％以下。特别是，在从光源放射的有害光的比例较大的情况下，第一限制频带的透射率期望采用更小的数值。
对第一透射频带进行说明。所谓第一透射频带存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，表示的是在光学滤波器的透射光谱中，表现为规定的透射率以上(在没有特别提及的情况下，透射率为15％以上)的第一透射频带包含于200nm以上且小于240nm的波长频带内的至少一部分。第一透射频带也可以存在于200nm以上且小于240nm的整个波长区域。
对第一限制频带进行说明。所谓第一限制频带至少存在于240nm以上300nm以下的整个波长区域，表示的是在光学滤波器的透射光谱中，在240nm以上300nm以下的全部波长频带中都小于规定的透射率(在对具体数值不作特别提及的情况下，是小于5％的透射率)。
240nm以上300nm以下的波长频带的光中，240nm以上且小于280nm的波长频带的光是特别有可能给人及动物带来不良影响的光(以下，有时称为“有害光”)的波长频带。有害光不是期望发出的光，而是在光源的性质上不得不发出的光。于是，使用光学滤波器限制有害光的透过。
所述光学滤波器的一个特征点在于：第一限制频带(例如，透射率小于5％的波长频带)超过有害光的波长频带(240nm以上且小于280nm)而达到280nm以上300nm以下。通过将针对0度光的透射光谱中的第一限制频带扩大到240nm以上300nm以下的整个波长区域，还能够适当限制以较大角度向光学滤波器入射的有害光，对此详见后述。由此，即使在放宽TLV而使紫外光的照射量增加的情况下，也能够有效地限制以较大角度入射的有害光。
所述光学滤波器的一个特征点在于：0度光的透射光谱具有第二透射频带。对第二透射频带进行说明。所谓第二透射频带存在于超过300nm且小于400nm的波长频带内，表示的是在光学滤波器的透射光谱中，在超过300nm且小于400nm的波长频带内，存在规定的透射率以上(只要没有特别提及，就是15％以上)的部分。第二透射频带也可以存在于超过300nm且小于400nm的整个波长区域。
对具有第二透射频带的作用效果进行说明。为了提高对光的透过进行限制的波长频带的上限值，较为有效的是使构成光学滤波器的电介质多层膜的膜厚增加。然而，若轻率使电介质多层膜的膜厚增加，则会使作为目标的第一透射频带的透射率下降，导致作为目标的光也发生衰减。除此以外，膜厚的增加会增加电介质多层膜的形成成本。
在第二透射频带处于0度光的透射光谱的超过300nm且小于400nm的波长频带内的情况下，由于电介质多层膜的膜厚较薄，因此能够防止第一透射频带的透射率的降低。
超过300nm且小于400nm的波长频带的光既不是在本说明书中规定的目标光，也不是有害光，因此以往并未关注光学滤波器对该波长频带的光的透射特性。在0度光的透射光谱中在300nm以上且小于400nm的波长频带内具有第二透射频带的光学滤波器所基于的设计思想不是以往的设计思想的延伸。
也可以使用在所述光学滤波器的0度光的透射光谱中截止上限波长存在于310nm以上且小于380nm的波长频带内的光学滤波器。在本说明书中，“截止上限波长”是根据将第一轴表示为透射率[％]且将与第一轴垂直的第二轴表示为波长[nm]的透射光谱的透射率曲线规定的。具体而言，是指在被第一限制频带和第二透射频带夹着的波长频带中，该透射光谱到达第二透射频带的位置(例如，透射率15％)的透射率曲线的切线和与第二轴平行且通过透射率0％的基准线之间的交点处的波长。例外地，在该交点处的波长处于第一限制频带内的情况下，将第一限制频带的上限波长作为“截止上限波长”。
此外，截止上限波长既可以设定在310nm以上370nm以下的波长频带内，也可以设定在310nm以上360nm以下的波长频带内。
在所述光学滤波器的0度光的透射光谱中，所述第一限制频带的上限波长被设定在超过300nm且380nm以下的范围内。在此，第一限制频带的上限波长既可以为301nm以上，也可以为303nm以上，也可以为305nm以上，还可以为307nm以上。越向长波长侧设定第一限制频带的上限波长，越能够将有害光的放射适当地限制至更大角度的光线成分。
也可以是，在所述光学滤波器的0度光的透射光谱中，所述第一限制频带进一步存在于超过300nm且小于310nm的整个波长区域，并且所述第一限制频带的上限形成在310nm以上360nm以下的范围内。在具备该构成时，所述第一限制频带存在于240nm以下的下限波长和形成在310nm以上360nm以下的范围内的上限波长之间的整个波长区域。在此，第一限制频带的上限波长可以为313nm以上，也可以为315nm以上，还可以为317nm以上。越向长波长侧设定第一限制频带的上限波长，则越能够将所针对的有害光的放射适当地限制至更大角度的光线成分。另外，也可以将截止上限波长形成在320nm以上且小于370nm的范围内。
也可以是，在所述光学滤波器的0度光的透射光谱中，所述第一限制频带进一步存在于310nm以上且小于320nm的整个波长区域。另外，截止上限波长既可以形成在310nm以上且小于360nm的范围内，也可以形成在320nm以上且小于350nm的范围内。
所述第二透射频带也可以存在于380nm以上且小于400nm的整个波长区域。所述第二透射频带也可以进一步存在于370nm以上且小于400nm的整个波长区域。所述第二透射频带也可以进一步存在于360nm以上且小于400nm的整个波长区域。所述第二透射频带也可以进一步存在于350nm以上且小于400nm的整个波长区域。
所述光学滤波器的0度光的透射光谱也可以进一步在200nm以上210nm以下的波长频带内具有不使0度光透过的第二限制频带。由此，能够更适当地限制在大气中生成臭氧的200nm附近的紫外光的放射，更高精度地抑制环境中的臭氧的生成。
所述光学滤波器的、所述紫外光以50度的入射角向所述光学滤波器入射的50度光的透射光谱也可以遍及240nm以上且小于280nm的整个波长区域地具有限制所述50度光的透过的第三限制频带。这直接表示了即便在放宽TLV而使紫外光的照射量增加的情况下，也能够有效地限制以50度这一较大角度入射的有害光。
也可以是，所述电介质多层膜包含交替地层叠有高折射率层和低折射率层的层叠体，所述层叠体为1.0μm以上3.0μm以下的膜厚。在光学滤波器的透射光谱中，为了在较宽的波长区域中限制有害光，期望的是层叠体整体上为至少1.0μm以上的膜厚。然而，随着膜厚的增加，作为目标的200nm以上且小于240nm的波长频带所属的光将变得难以透过，因此期望层叠体整体上为3.0μm以下的膜厚。而且，所述层叠体也可以为1.0μm以上2.0μm以下的膜厚。
也可以为，所述层叠体交替地层叠有HfO2层SiO2层，
所述层叠体所包含的全部的HfO2层的膜厚的合计值为0.5μm以上且小于2.0μm。在该电介质多层膜中，HfO2作为高折射率层发挥功能，SiO2作为低折射率层发挥功能。
发明效果
能够提供对人及动物确保了较高的安全性并且对病原体提高了灭活能力的紫外光照射装置。
紫外光照射装置的提供应对了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。
附图说明
图1是表示紫外光照射装置的一实施方式的图。
图2是从+Z侧对图1的紫外光照射装置进行观察的图。
图3是沿X方向对图1的紫外光照射装置进行观察时的剖面图。
图4是表示本实施方式的光源的发光光谱的图表。
图5是针对目标光和有害光表示照射时间和照射量的关系的图。
图6是表示向光学滤波器入射的光的各入射角下的强度分布的图。
图7是说明入射角的图。
图8是对从点光源向所有方位以同样的光束出射的光的行进进行说明的图。
图9A是本实施方式所使用的光学滤波器的透射光谱。
图9B是参考例的光学滤波器的透射光谱。
图10是对从光学滤波器求出透射光谱的方法进行说明的图。
附图标记说明
1：紫外光照射装置
20：光取出部
30：光源
30a：发光管
30b：电极
40：光学滤波器
40s：入射面
50：分光光度计
60：壳体
90：光学滤波器
具体实施方式
附图适当使用XYZ坐标系进行了表示。方便起见，说明书将参照XYZ坐标系进行说明。在本说明书中，在表达方向之际，在区别正负的朝向的情况下，将像“+X方向”、“﹣X方向”这样附上正负的符号进行记载。在不区别正负的朝向地表达方向的情况下，仅记载为“X方向”。即，在本说明书中，在仅记载为“X方向”的情况下，包含“+X方向”和“﹣X方向”双方。对于Y方向及Z方向也是相同的。
[紫外光照射装置的概况]
参照图1～图3对紫外光照射装置的一实施方式的概况进行说明。图1是示意性地表示紫外光照射装置1的一实施方式的外观的附图。图2是从+Z侧对图1的紫外光照射装置1进行观察的图。图3是沿X方向对图1的紫外光照射装置1进行观察时的剖面图。
本实施方式的紫外光照射装置1具备壳体60、收容于壳体60的内部的光源30(参照图2、图3)和向壳体60的外部取出光源30所发出的光的光取出部20。
如图2所示，本实施方式的光源30是具备沿X方向排列的多个发光管30a和一对电极30b的准分子灯。各发光管30a沿Y方向延伸。通过向电极(30b、30b)之间施加电压，各发光管30a发光。Z方向是与X方向及Y方向正交的方向。所发出的光自光取出部20取出。
在紫外光照射装置1中，光源30的发光管30a的管轴方向(Y方向)的长度为70mm，光源30与光学滤波器40的分离距离为8mm，光学滤波器40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，各个尺寸是任意的。
如图3所示，从紫外光照射装置1出射的紫外光L1的光轴Lc被与表示出射方向的箭头一起示出。在本实施方式中，光轴Lc沿着Z轴。在光取出部20配置有光学滤波器40。紫外光照射装置1所出射的光全部透过光学滤波器40。光学滤波器40的细节见后述。
本实施方式所使用的准分子灯是KrCl准分子灯。KrCl准分子灯在发光管30a内具有氪(Kr)气和氯(Cl)气作为发光气体G1。图4是表示KrCl准分子灯的发光光谱的图表。KrCl准分子灯发出图4所示的、表现出光强度I(λ)的最大峰值的波长为222nm的紫外光L1。此外，在图4的发光光谱中，纵轴以将波长为222nm时的光强度设为100(％)的标准值表示各个波长下的光强度。
如图4所示，KrCl准分子灯所发出的光在有可能给人及动物带来不良影响的有害光的波长频带(240nm以上且小于280nm)中也显示出些许强度。图4的发光光谱在258nm附近具有较小的极大值m1，该m1附近的光是被激发的Cl＊彼此(＊表示被激发的状态)碰撞而发出的、由被称为氯发光的现象引起的光。特别是，在封入发光管30a中的Cl浓度较高的情况下，较多地发出该光。
虽说如此，如图4所示，有害光的光强度与目标光(例如，222nm)的光强度相比非常小。因此，在紫外光的照射量整体较少时，只要使用妨碍有害光透过的光学滤波器，有害光就不会成为问题。然而，光学滤波器会使微量的有害光透过。本发明人发现，若TLV被放宽，照射量整体上增加，则根据紫外光照射装置1的动作条件，透过光学滤波器的微量的有害光有可能成为问题。
[有害光成为问题的理由]
对透过光学滤波器40的微量的有害光成为问题的理由进行说明。本发明人研究了紫外光照射装置1与TLV的放宽相应地增加出射强度或实际照射时间这一情况。然而，根据研究结果可知，在增加出射强度或实际照射时间的情况下，会产生以下的问题。
参照图5对该问题进行说明。图5是针对目标光L10和有害光L20表示照射时间ti(横轴)和每一日的照射量D(纵轴)的关系的图表。照射时间ti意指一日中进行照射的时间的总和(累积时间)。紫外光照射装置1不仅可以是在一日中始终照射紫外线的动作，还可以是间歇地重复进行照射和非照射的动作。照射时间ti(单位：sec)越长，照射量D(单位：mJ/cm2)越大。
以往，假设规定了目标光L10的TLV为V11(mJ/cm2)，有害光L20的TLV为V2(mJ/cm2)。以往，为了使目标光L10的照射量不超过V11(mJ/cm2)，将照射限度时间设定成了t1(sec)。也就是说，仅关注了区域A11。由于有害光L20的照射量完全达不到V2(mJ/cm2)，因此只要关注区域A11即可，无需关注区域A21。
在此，对通过使目标光的TLV放宽而将照射量D的基准值从以往的V11(mJ/cm2)提高ΔV1而新设定至V12(mJ/cm2)的场景进行研究。通过对使照射时间与TLV的放宽相应地延长至t2(sec)这一情况进行研究，明确了以往无需考虑的有害光L20的照射量接近作为有害光L20的TLV的V2(mJ/cm2)(参照区域A22)。
这样一来，为了设定与TLV的放宽相应的照射时间，不仅需要使目标光L10的照射量不超过V12(mJ/cm2)(参照区域A21)，还需要使有害光L20的照射量不超过作为有害光的TLV的V2(mJ/cm2)(参照区域A22)。因此，若TLV放宽，照射量增加，则透过光学滤波器的有害光有可能成为问题。
[考虑了以较大角度入射的光的光学滤波器]
出于上述情况，本发明人研究了能够进一步抑制透过光学滤波器的有害光的紫外光照射装置。经过深入研究，本发明人发现应该设计或者选择使以较大角度向光学滤波器入射的光难以透过的光学滤波器。以下说明其理由。
图6表示紫外光照射装置1中的向光学滤波器40照射的紫外光的各角度成分下的光强度的相对值(相对强度)。该图是从由紫外光照射装置1出射的紫外光的配光分布通过计算导出的。横轴表示向光学滤波器40的入射角，纵轴表示紫外光的相对强度。所谓入射角，如图7所示，是光学滤波器40的入射面40s的法线N1与向光学滤波器40入射的光线L3之间所成的角θ。
由图6可知，大部分的光线存在于入射角为10～60度的范围、特别是20～50度的范围。尤其可知，以30～40度的入射角向光学滤波器40入射的光线成分与以0度的入射角向光学滤波器40入射的光线成分相比非常多。
使用图8，对以30～40度的入射角向光学滤波器40入射的光线成分多于以0度的入射角向光学滤波器40入射的光线成分的理由进行说明。图8是对从点光源Q1向所有方位以同样的光束出射的光的行进进行说明的图。如图8所示，假设从点光源Q1向所有方位以同样的光束出射光，一部分被照射于平面Px。
并且，如图8所示，将从点光源Q1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8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Q1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，若假设光源为点光源，则向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处的光束的各角度成分下的相对强度比位置P0处的光束的各角度成分下的相对强度大。
本实施方式的紫外光照射装置1所搭载的光源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，若假设以所排列的点光源来看的情况，则向光学滤波器40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40入射的紫外光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40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40入射的光束的量增加，因此紫外光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可通过光源30与光学滤波器40的距离、光源30的发光管30a的尺寸、光学滤波器40被形成的面积等进行调整。
图6所示的各角度成分下的相对强度不被波长所左右。例如，无论是目标光，还是有害光，都表现出同样的趋势。基于这一见解，本发明人特别研究了能够对以较大范围的入射角度入射的光线的透过实现妨碍的光学滤波器。
参照图9A及图9B对光学滤波器40的特征进行说明。图9A表示本实施方式的光学滤波器40的透射光谱。图9B表示参考例的光学滤波器90的透射光谱。图9A及图9B都是包含电介质多层膜的光学滤波器。电介质多层膜的细节见后述。
图9A及图9B所示的透射光谱如下。“0deg”是以0度的入射角向学滤波器(40、90)入射的0度光的透射光谱。以下同样，“20deg”是20度光的透射光谱，“30deg”是30度光的透射光谱，“40deg”是40度光的透射光谱，“50deg”是50度光的透射光谱，“60deg”是60度光的透射光谱。
如图9A及图9B所示，有如下趋势：随着入射角变大，透射光谱向短波长侧移动。这有时被称为“蓝移”。蓝移被认为是因为：随着向电介质多层膜入射的入射角变大，出现由于由多层膜反射的光的位置与在多层膜的膜内往返的光的入射位置之间的偏差而产生的光程差。
首先，对参考例的图9B的光学滤波器90的透射光谱进行说明。基于0度光的透射光谱，具有透过目标光的第一透射频带TB1(在此，透射率为15％以上)、限制有害光的透过的第一限制频带RB1(在此，透射率小于5％)和第二透射频带TB2(在此，透射率为15％以上)。可知：第一透射频带由于存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，因此使目标光透过。第一限制频带RB1由于存在于有害光的波长频带即240nm以上且小于280nm的整个波长区域，因此能够充分妨碍0度光透过。
然而，30度光、40度光、50度光及60度光的透射光谱在有害光的波长频带即240nm以上～280nm中具有5％以上的透射率。也就是说，光学滤波器90表现为容易使以较大角度(30～60度)向光学滤波器90入射的有害光透过。并且，如图6所示，以较大角度、尤其是30～40度向光学滤波器90入射的光很多。因此，即便想要放宽TLV并增加照射量，在使用光学滤波器90的情况下，光学滤波器90中也会透过以较大角度入射的很多的有害光，因此照射量的增加受有害光TLV限制。
并且，观察图9B可知，第一限制频带280nm以上且小于300nm的0度光未被抑制为小于5％的透射率，因此第一限制频带RB1不满足“存在于240nm以上且小于300nm的整个波长区域”这一构成。考虑到具有光谱随着入射角变大而向短波长侧移动的趋势这一事实，在0度光的透射光谱中，如果不将第一限制频带进一步向长波长侧扩展，而不仅是有害光的波长频带即240nm以上且小于280nm，就无法妨碍以较高角度向光学滤波器90入射的有害光。
接下来，对图9A所示的本实施方式的光学滤波器40的透射光谱进行说明。透射光谱具有使目标光透过的第一透射频带TB1(在此，透射率为15％以上)、限制有害光的透过的第一限制频带RB1(在此，透射率小于5％)和第二透射频带TB2(在此，透射率为15％以上)。可知：第一透射频带由于存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，因此使目标光透过。第一限制频带RB1由于存在于有害光的波长频带即240nm以上且小于280nm的整个波长区域，因此能够充分妨碍0度光的透过。
并且，图9A的光学滤波器40不同于图9B，在30度光、40度光、50度光及60度光的透射光谱中也能够限制有害光的波长频带即240nm以上且小于280nm的光的透过。图9B的光学滤波器40难以使以较大角度(30～60度)入射的有害光透过，因此即使放宽TLV而使紫外光的照射量增加，也能够有效地限制以较大角度入射的有害光。因此，无需根据有害光的TLV设定照射量，能够仅考虑目标光的TLV来设定照射量。
观察图9A，在不使以较大角度入射的有害光透过的光学滤波器40的0度光的透射光谱中，第一限制频带RB1存在于240nm以上且小于320nm的整个波长区域。考虑到具有透射光谱随着入射角变大而向短波长侧移动的趋势这一事实，也可以说：只有在0度光的透射光谱中使第一限制频带相比于有害光的波长频带向长波长侧扩展，才能妨碍大角度光的透过。
如果仅是在0度光的透射光谱中使第一限制频带相比于有害光的波长频带向长波长侧扩展，则例如只要加厚电介质多层膜的膜厚即可。然而，如上所述，为了维持用于使目标光透过的第一透射频带的透射率并抑制电介质多层膜的形成成本，电介质多层膜的膜厚具有上限值。
这种不使电介质层膜的膜厚过厚的光学滤波器在0度光的透射光谱中第二透射波长频带出现于第一限制频带的长波长侧。即，在0度光的透射光谱中在第一限制频带的长波长侧具有存在于320nm以上的波长频带内的第二透射频带TB2的光学滤波器40能够维持用于使目标光透过的第一透射频带的透射率并抑制电介质多层膜的形成成本。
根据本发明人的深入研究，在将不配置光学滤波器时的目标光(波长为222nm的光。以下相同)的光强度设为1的情况下，使第一限制频带停留于有害光的波长频带(240nm以上且小于280nm)的(没有扩展的)光学滤波器中的目标光的光强度虽然也取决于电介质多层膜的成膜品质，但大体为0.80～0.90的范围。
并且，第一限制频带扩展至240nm以上且小于320nm的光学滤波器与第一限制频带没有扩展的光学滤波器相比只要稍微增加膜厚总数即可。因此，扩展的光学滤波器中的目标光的光强度与没有扩展的光学滤波器中的目标光的光强度相比为同等程度，即便稍稍降低也是略微的降低量。也就是说，即便将光学滤波器的第一限制频带的上限波长扩展至小于320nm、进一步扩展至小于330nm，目标光的光强度也容易维持较高水准。因此，第一限制频带扩展至240nm以上且小于320nm的光学滤波器能够在抑制以较大角度入射的光的透过的同时抑制目标光的光强度的降低量，因此较为有效。
相比之下，第一限制频带扩展至240nm以上400nm以下的光学滤波器中的目标光的光强度容易降低，例如会变为0.6～0.75(将目标光的光强度设为1)。也就是说，若将第一限制频带扩展至240nm以上且小于400nm，则目标光的光强度的降低量降低高达0.10～0.15(即10～15％)。由于目标光的光强度的降低量过大，因此难以合乎提高照射量这一目的。故而，较为有效的是使第二透射频带存在于超过300nm且小于400nm的波长频带内。尤其是，在超过300nm且小于400nm的波长频带内，若为了不使第一限制频带过度扩展而使第二透射频带从更短波长侧开始存在，则能够进一步抑制目标光的光强度的降低量。
将视点转向0度光的透射光谱中出现的截止上限波长C1，在图9B中，截止上限波长C1存在于小于310nm的波长频带内，而在图9A中，截止上限波长C1存在于320nm以上且小于350nm的波长频带内。图9A的光学滤波器40即便使用截止上限波长C1也能够与图9B的光学滤波器90区别开。
根据本发明人的深入研究可知，透射光谱随着入射角度变大而向短波长侧移动的量大体表现为0.6～0.8(nm/deg)。也就是说，若入射角度变大1度，则特定的入射角下的透射光谱向短波长侧移动0.6～0.8nm。
如果将由图6可知的、以30～40度的入射角向光学滤波器40入射的光线成分最多这一见解考虑在内，则光学滤波器40期望的是考虑了入射角为40度以下的光的光学滤波器。在考虑了入射角为40度以下的光的光学滤波器中，0度光的透射光谱中的第一限制频带存在于240nm以上300nm以下的整个波长区域，并且，在0度光的透射光谱中，第一限制频带的上限波长形成于超过300nm且380nm以下的范围。并且，第二透射频带存在于处于第一限制频带的长波长侧的超过300nm且小于400nm的波长频带内。
也可以使用这样的光学滤波器：其具有第一限制频带进一步存在于超过波长300nm且小于310nm的整个波长区域并且所述第一限制频带的上限形成于310nm以上360nm以下的范围内的透射光谱。另外，也可以使用这样的光学滤波器：其具有第一限制频带进一步存在于310nm以上且小于320nm的整个波长区域的透射光谱。
不仅是考虑入射角为40度以下的光，为了妨碍更大角度光的透过，也可以研究使用考虑入射角为50度以下的光的光学滤波器，还可以研究使用考虑入射角为60度以下的光的光学滤波器。就考虑入射角为60度以下的光的光学滤波器而言，0度光的透射光谱中的第一限制频带存在于240nm以上且小于330nm的整个波长区域。例如，能够使用第一限制频带的上限波长形成于330nm以上360nm以下的范围内的光学滤波器。并且，第二透射频带存在于第一限制频带的上限波长以上且小于400nm的波长频带内。
而且，本实施方式所使用的具有图9A的透射光谱的光学滤波器40与参考例的图9B的光学滤波器90相比限制了属于200nm以上210nm以下的波长频带的紫外光的透过。例如，在0度光中，在200nm以上210nm以下的波长频带中，存在透过光学滤波器40的紫外光的透射率小于5％的波长频带。将该波长频带称为第二限制频带RB2。通过第二限制频带RB2，能够更适当地对在大气中生成臭氧的200nm附近的紫外光的放射进行限制，能够更加高精度地抑制环境中的臭氧的生成。这也有助于防止周边部件的臭氧劣化。
第二限制频带RB2的上述效果可通过限制200nm附近的紫外光来获得。第二限制频带RB2例如可以被限制为波长200nm以上202nm以下的波长频带的整个区域，也可以被限制为波长200nm以上205nm以下的波长频带的整个区域，也可以被限制为波长200nm以上207nm以下的波长频带的整个区域，还可以被限制为波长200nm以上210nm以下的波长频带的整个区域。
对于第二限制频带RB2中的透射率，例示了其被限制在5％以下的情况。然而，第二限制频带RB2中的透射率优选限制在4％以下，更优选限制在3％以下，更优选限制在2％以下，更优选限制在1％以下。
另外，就适用于本发明的光学滤波器而言，优选的是，在0度光的透射光谱中，被第一限制频带RB1和第二透射频带TB2夹着的波长频带较窄。换句话说，对于透射率曲线，优选的是实现通过与斜率更大的切线之间的交点获得的截止波长。由此，第一限制频带RB1与第二透射频带TB2的划分变得清晰，能够更明确地规定第一限制频带RB1的频带宽度、透射频带的频带宽度。具体而言，透射率小于5％的第一限制频带与透射率为15％以上的第二透射频带之间的波长宽度优选为10nm以下，更优选为5nm以下。并不限于第一限制频带RB1与第二透射频带TB2之间，使被限制频带与透射频带夹着的波长频带较窄这一做法是在所希望的波长范围中以较高的性能设置限制频带和透射频带，因此是更合适的特性。
[透射光谱的求法]
图10是对从光学滤波器40求出透射光谱的方法的一个例子进行说明的图。从紫外光照射装置1拆下光学滤波器40，将其安装于具备光源30和分光光度计50的实验系统。如图10所示，对于光学滤波器40，以使从光源30的中心Q2射向光学滤波器40的入射面的光线相对于光学滤波器40的法线N1得到规定的入射角θ的方式，将光学滤波器40倾斜地配置。从光源30向光学滤波器40入射有向性的光L2。利用分光光度计50对透过了光学滤波器40的光的光强度进行测定。通过使测定出的光强度除以在没有光学滤波器的情况下出射的光的光强度，获得规定的入射角θ下的光学滤波器40的透射光谱。另外，通过变更入射角θ进行测定，获得各入射角下的透射光谱。
[光学滤波器的构造]
光学滤波器40由形成在母材上的电介质多层膜构成。电介质多层膜由交替地层叠有高折射率层和低折射率层的层叠体构成。在本实施方式中，对光学滤波器40的电介质多层膜使用了交替地层叠有HfO2层及SiO2层的层叠体。此外，层叠体例如也可以交替地层叠有SiO2层及Al2O3层。就交替地层叠有HfO2层及SiO2层的电介质多层膜层而言，与交替地层叠有SiO2层及Al2O3层的电介质多层膜层相比，能够减少用于得到相同的波长选择特性的层数，因此能够提高所选择的紫外光的透射率。作为电介质多层膜，此外，还能够使用TiO2、ZrO2等。
对于形成电介质多层膜的母材，其由能够使目标光透过的材料构成。作为母材的具体材料，例如能够采用石英玻璃、或者硼硅酸盐玻璃、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。
如上所述，若电介质多层膜的膜厚过厚，则第一透射区域的透射率降低，目标光难以透过电介质多层膜。若膜厚过薄，则会使有害光(特别是以较大角度向光学滤波器入射的光线)透过。考虑到这些情况，电介质多层膜的层叠体整体上可以为1.0μm以上3.0μm以下的膜厚，进一步地，可以为1.0μm以上2.0μm以下的膜厚。在层叠体的膜厚处于该范围时，容易在维持用于使目标光的目标光透过的第一透射频带的透射率的同时妨碍有害光(特别是以较大角度向光学滤波器入射的光线)。
光学滤波器的透射光谱特性并非仅根据电介质多层膜的层叠体整体的膜厚而变化，还会根据电介质多层膜的材质的组合、各材质的膜厚合计值、层叠数以及构成电介质多层膜的各膜的表面粗糙度而变化。故而，例如，在交替地层叠有HfO2层和SiO2层的层叠体中，也可以规定全部的HfO2层的膜厚的合计值为0.5μm以上且小于2μm。若HfO2层的膜厚的合计值为0.5μm以上，则可充分获得防止有害光的效果。另一方面，若HfO2层的膜厚的合计值为2μm以上，则有时会限制目标光的透射率。因此，HfO2层的膜厚的合计值期望的是小于2μm。这样，被作出规定的光学滤波器能够在维持用于使目标光的目标光透过的第一透射频带的透射率的同时防止有害光(特别是以较大角度向光学滤波器入射的光线)。
以上对紫外光照射装置的一实施方式进行了说明。本发明完全不受上述实施方式限定，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式加入各种变更或改进。
在本实施方式中，作为光源30，采用了KrCl准分子灯，但并不限于此。光源30也可以采用封入有其他气体的准分子灯(例如，封入有Kr气和Br气的、在207nm附近表现出最大强度的准分子灯)。另外，光源30也可以采用LED等固体光源。在采用封入有其他气体的准分子灯、LED等固体光源的情况下，本发明依然成立。
例如，光源30只要是发出主要的发光波长为200nm以上且小于240nm的范围内所属的紫外光的光源即可。光源30并不限于准分子灯，也可以对光源30采用LED等固体光源。例如，具有小于240nm的主要的发光波长的AlGaN类LED、MgZnO类LED可以被用作光源30。另外，在使用相干光源作为光源30的情况下，既可以使用从气体激光器、固体激光器元件放射出相干的紫外光的光源，或者，也可以使用利用了波长转换元件的光源，该波长转换元件利用从气体激光器、固体激光器元件放射出的光新产生波长不同的相干光。作为波长转换元件，例如可以使用使从激光器元件放射出的光的频率倍增化而产生二次谐波(SHG)、三倍频(THG)等高倍频的非线性光学晶体。而且，光源30也可以是利用发出主要的发光波长为200nm以上且小于240nm的范围内所属的紫外光的荧光体的光源。在光源30的发光光谱上在针对某一波长λ规定了±10nm的波长区域Z(λ)的情况下，此处的“主要的发光波长”指的是相对于发光光谱中的总积分强度表现出40％以上的积分强度的波长区域Z(λi)中的波长λi。

Claims (11)

1.一种紫外光照射装置，其特征在于，具备：
光源，其发出属于200nm以上且小于240nm的波长频带的紫外光；以及
光学滤波器，其被配置为供所述紫外光入射，包含电介质多层膜；
所述光学滤波器的、所述紫外光以0度的入射角向所述光学滤波器入射的0度光的透射光谱具有使所述0度光透过的第一透射频带及第二透射频带和限制所述0度光的透过的第一限制频带，
所述第一透射频带存在于200nm以上且小于240nm的波长频带内，
所述第二透射频带存在于超过300nm且小于400nm的波长频带内，
所述第一限制频带至少存在于240nm以上且300nm以下的整个波长区域，并且所述第一限制频带的上限形成在超过300nm且为380nm以下的范围内。
2.根据权利要求1所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述第一限制频带进一步存在于超过300nm且小于310nm的整个波长区域，并且所述第一限制频带的上限形成在310nm以上且360nm以下的范围内。
3.根据权利要求2所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述第一限制频带进一步存在于310nm以上且小于320nm的整个波长区域。
4.根据权利要求1所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述第二透射频带存在于380nm以上且小于400nm的整个波长区域。
5.根据权利要求4所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述第二透射频带进一步存在于360nm以上且小于380nm的整个波长区域。
6.根据权利要求5所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述第二透射频带进一步存在于340nm以上且小于360nm的整个波长区域。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述0度光的所述透射光谱进一步在200nm以上且210nm以下的波长频带中具有限制所述0度光的透过的第二限制频带。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述光学滤波器的、所述紫外光以50度的入射角向所述光学滤波器入射的50度光的透射光谱具有存在于240nm以上且小于280nm的整个波长区域的、限制所述50度光的透过的第三限制频带。
9.根据权利要求1～6中任一项所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述电介质多层膜包含交替地层叠有高折射率层和低折射率层的层叠体，
所述层叠体为1.0μm以上且3.0μm以下的膜厚。
10.根据权利要求9所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述层叠体为1.0μm以上且2.0μm以下的膜厚。
11.根据权利要求9所述的紫外光照射装置，其特征在于，
所述层叠体交替地层叠有HfO2层和SiO2层，
所述层叠体所包含的全部的HfO2层的膜厚的合计值为0.5μm以上且小于2.0μm。
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